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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – UFF
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
NITERÓI
JULHO/2017
CONTRIBUIÇÕES DA ENGENHARIA DA
SUSTENTABILIDADE NO LEVANTAMENTO E NA ANÁLISE
DE PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO
RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO DA ESCOLA DE
ENGENHARIA
BRUNA BARROSO MOREIRA
ORIENTADOR: GILSON BRITO ALVES LIMA
BRUNA BARROSO MOREIRA
CONTRIBUIÇÕES DA ENGENHARIA DA SUSTENTABILIDADE NO LEVANTAMENTO
E NA ANÁLISE DE PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO RESTAURANTE
UNIVERSITÁRIO DA ESCOLA DE ENGENHARIA
Projeto final apresentado ao curso de Graduação
em Engenharia de Produção da Universidade
Federal Fluminense, como requisito parcial para a
aquisição do Grau de Engenheira de Produção.
Orientador:
Gilson Brito Alves Lima
Niterói, RJ
2017
BRUNA BARROSO MOREIRA
CONTRIBUIÇÕES DA ENGENHARIA DA SUSTENTABILIDADE NO LEVANTAMENTO
E NA ANÁLISE DE PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO RESTAURANTE
UNIVERSITÁRIO DA ESCOLA DE ENGENHARIA
Projeto final apresentado ao curso de Graduação
em Engenharia de Produção da Universidade
Federal Fluminense, como requisito parcial para a
aquisição do Grau de Engenheira de Produção.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________________________________
Prof. Dr. GILSON BRITO ALVES LIMA – Orientador
UFF
___________________________________________________________________________
Profa. Dra. NÍSSIA CARVALHO ROSA BERGIANTE
UFF
___________________________________________________________________________
Prof. Dr. RUBEN HUAMANCHUMO GUTIERREZ
UFF
___________________________________________________________________________
MSc HÉCTOR NAPOLEÃO COZENDEY DA SILVA
UFF
Niterói, RJ
2017
AGRADECIMENTOS
Incondicionalmente à toda minha família, especialmente à minha mãe e ao meu pai, pelo
apoio e sugestões de melhoria durante toda essa jornada; à minha madrasta pelas correções
ortográficas e semânticas e pela contribuição ao Apêndice 1; aos meus avós maternos pelo apoio
e compreensão quando precisei de foco e concentração.
Ao meu orientador Prof. Dr. Gilson Brito Alves Lima, pelos conhecimentos transmitidos
e pela confiança em meu trabalho. Ao MSc Héctor Napoleão Cozendey da Silva, pelo apoio e por
suas contribuições. À Profa. Dra. Maristela Soares Lourenço, pelo suporte e contribuições junto
ao Projeto de Extensão.
À banca examinadora pelo convite aceito e pela presença tão especial.
Aos meus amigos, pelo companheirismo e carinho, em especial a Mayara Silva de Melo,
pela sua amizade desde o primeiro dia do curso de Graduação em Engenharia de Produção e pelo
grande auxílio com a formatação de texto, e a Fernanda Reis Cordeiro, por suas inspirações e
bons conselhos para o trabalho e na vida.
A todas as pessoas que, de forma direta ou indireta, contribuíram com o enriquecimento
deste trabalho.
RESUMO
A Engenharia da Sustentabilidade é um ramo da Engenharia de Produção, que busca o uso
eficiente dos recursos naturais nos sistemas produtivos, bem como implantação da gestão
ambiental e da responsabilidade social. Pensando nisso, identificou-se a alta produção de
alimentos e o descarte não adequado dos resíduos gerados pelo Restaurante Universitário da
Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense. Portanto, o trabalho objetivou
identificar e avaliar a contribuição dos resíduos orgânicos para uma possível eficiência energética
por meio da inovação tecnológica de biodigestores. A pesquisa de campo levantou dados para
apurar o potencial energético proveniente do tratamento de tais resíduos gerados pelo restaurante.
Foram analisados, também, os benefícios trazidos pela implementação desta inovação
tecnológica. Os resultados alcançados foram: a quantidade média diária de resíduos orgânicos
gerados pelo Restaurante Universitário da Escola de Engenharia de 40,7 kg e a produção
correspondente de energia mensal real de 185,3 kWh. Por fim, pode-se concluir que a
implantação de um biodigestor no Restaurante Universitário geraria impactos positivos nos três
pilares da sustentabilidade: econômico, ambiental e social.
Palavras-chave: Engenharia da Sustentabilidade, Eficiência Energética, Resíduos Orgânicos,
Inovação Tecnológica, Biodigestor
ABSTRACT
Sustainability Engineering is a branch of Production Engineering, which seeks the efficient use of
natural resources in production systems, as well the environmental management and social
responsibility implementation. Thinking about it, were identified the high food production and
the inappropriate disposal of the waste generated by the University Restaurant of the Engineering
School of the Universidade Federal Fluminense. Therefore, the purpose of this work was to
identify and evaluate the contribution of organic waste for possible energy efficiency through the
technological innovation of biodigesters. The field research has collected data to ascertain the
energy potential arising from the treatment of such waste generated by the restaurant. The
benefits brought by the implementation of this technological innovation were also analyzed. The
results achieved were: the daily average amount of organic waste generated by the University
Restaurant of the School of Engineering of 40.7 kg and the corresponding monthly energy output
of 185.3 kWh. Finally, the implantation of a biodigester in the University Restaurant would
generate positive impacts in the three pillars of sustainability: economic, environmental and
social.
Keywords: Sustainability Engineering, Energy Efficiency, Organic Waste, Technological
Innovation, Biodigester
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Composição do biogás ................................................................................................ 24
Tabela 2 – Equivalente entre 1 m3 de biogás e outros combustíveis comumente utilizados........ 25
Tabela 3 – Refeições consumidas pelo RU Praia Vermelha e RU Gragoatá no mês de abril, maio
e junho de 2017 ............................................................................................................................. 31
Tabela 4 – Resíduos orgânicos gerados pelo RU Praia Vermelha e RU Gragoatá no mês de maio
de 2017 .......................................................................................................................................... 33
Tabela 5 – Composição de SV característica dos resíduos alimentares ....................................... 33
Tabela 6 – Potencial e produção energética dos resíduos do RU Praia Vermelha e RU Gragoatá
....................................................................................................................................................... 34
Tabela 7– Características de biodigestores comerciais ................................................................ 35
Tabela 8 – Dados dos biodigestores comerciais segundo fornecedores ....................................... 36
Tabela 9– Modelos escolhidos após primeira restrição ................................................................ 37
Tabela 10– Modelos escolhidos após segunda restrição .............................................................. 38
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Estimativa da composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos no Brasil em
2008 ............................................................................................................................................... 20
Figura 2 – Esquema de entradas e saídas de um processo de biodigestão ................................... 22
Figura 3 – Biodigestor da planta pMethar, campus Pampulha, UFMG ....................................... 23
Figura 4 – Biodigestor do fabricante BGS ................................................................................... 23
Figura 5 – Fluxograma de delineamento da pesquisa .................................................................. 27
SUMÁRIO
1 O PROBLEMA ......................................................................................................................... 10
1.1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 10
1.2. FORMULAÇÃO DA SITUAÇÃO-PROBLEMA ........................................................... 11
1.3. OBJETIVOS DO ESTUDO ............................................................................................. 13
1.4. DELIMITAÇÃO DO ESTUDO ...................................................................................... 13
1.5. QUESTÕES DA PESQUISA........................................................................................... 13
1.6. ORGANIZAÇÃO DO ESTUDO ..................................................................................... 14
2 REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................................... 15
2.1. SUSTENTABILIDADE ..................................................................................................... 15
2.2. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ............................................................................................ 16
2.3. GESTÃO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS .......................................................................... 18
2.4. BIODIGESTOR .................................................................................................................. 21
3 METODOLOGIA ..................................................................................................................... 27
4 LEVANTAMENTO E ANÁLISE DE PARAMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
NO RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO DA ESCOLA DE ENGENHARIA ..................... 30
4.1 O RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO ............................................................................. 30
4.2 A PESQUISA DE CAMPO PARA LEVANTAMENTO E ANÁLISE .............................. 31
4.3 ANÁLISE E SELEÇÃO DO BIODIGESTOR PARA A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ... 35
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 40
5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS: .............................................................................................. 40
5.2 RESPOSTA ÀS QUESTÕES DA PESQUISA ................................................................... 40
5.3 SUGESTÕES DE DESDOBRAMENTO DA PESQUISA ................................................. 41
10
1 O PROBLEMA
1.1. INTRODUÇÃO
A recente necessidade de recursos energéticos e naturais para suprir a crescente produção
tecnológica mundial tem se mostrado insustentável. A falta de apreço com as consequências
ambientais da industrialização e do consumismo, bem como o esgotamento de recursos naturais
estão sendo repensados em diversas esferas. Mudanças de condutas são necessárias e vêm sendo
discutidas nos últimos anos. Por intermédio de acordos internacionais, vários governos passaram
a implementar políticas públicas para mitigar tais consequências ambientais (MENKES, 2004).
Na Alemanha, por exemplo, uma política para substituir suas fontes de energia nucleares
por fontes mais sustentáveis foi adotada, o que inclui a desativação das suas usinas atômicas até
2022. A revolução energética da Alemanha surge em 1980, após o acidente de Chernobyl
(Ucrânia), ganha força em 2011, após o caso de Fukushima (Japão), e tem como meta alcançar
80% de toda a energia do país a partir de fontes limpas e renováveis, até 2050. O termo
energiewende, que em português significa “virada energética”, simboliza o movimento adotado
pelo Governo e sua população e já traz resultados consideráveis, como o aumento de 23% destas
fontes de energia em apenas 2 anos (GLOBO, 2016).
No Brasil, os programas de eficiência energética são fortemente incentivados por questões
econômicas e energéticas, para que haja diminuição de custos e se garanta com segurança o
suprimento de energia elétrica no país. Tais programas são um dos meios efetivos de minimizar
danos ambientais, apesar de ainda não haver uma ampla conscientização do mesmo (MENKES,
2004).
No que tange à legislação referente ao meio ambiente, há no Brasil um conjunto de
normas jurídicas destinadas a disciplinar a atividade humana, de modo a conciliá-la com a
preservação do meio ambiente. É valido ressaltar a importância da aprovação da Lei de Crimes
Ambientais, também denominada como Lei da Natureza (BRASIL, 1998), que atua como
dispositivo para punição dos infratores do meio ambiente. Em 2010, a Política Nacional de
Resíduos Sólidos foi instituída, alterando a lei e dando outras providências.
11
No âmbito da Engenharia de Produção, a questão da sustentabilidade vem ganhando
espaço nos últimos anos. A matriz de conhecimentos e as áreas apresentadas pela Associação
Brasileira de Engenharia de Produção (ABEPRO) propõem a criação de uma nova área de
especialização denominada Engenharia da Sustentabilidade, a qual é definida pela ABEPRO
como aquela que objetiva o “planejamento da utilização eficiente dos recursos naturais nos
sistemas produtivos diversos, da destinação e tratamento dos resíduos e efluentes destes sistemas,
bem como da implantação de sistema de gestão ambiental e responsabilidade social.” (ABEPRO,
2016).
Com o crescente número de leis e de regulamentações ambientais, a sustentabilidade
ganha novas abordagens e se torna praticamente obrigatória nas organizações. Segundo Trevisan
et al. (2008, p. 2), a “[...] responsabilidade socioambiental deixou de ser uma opção para as
organizações, ela é uma questão de visão, estratégia e, muitas vezes, de sobrevivência”. Assim, o
planejamento socioambiental passa a se relacionar diretamente com o planejamento estratégico.
Um dos caminhos adotados pelas indústrias para a preservação dos recursos naturais é a
gestão de resíduos, a fim de garantir a sustentabilidade socioambiental. Afinal, os resíduos
apresentam alto valor, econômico e energético, e enorme possibilidade de se constituírem
insumos de novos produtos comerciais ou de processos secundários, inclusive gerando energia
(LAUFENBERG et al., 2003). Para Prado e Campos (2008), quando não aproveitada a matéria
orgânica, deve-se considerar o desperdício de energia e a poluição recorrente da disposição não
controlada destes no ambiente.
É válido também lembrar que todo resíduo é matéria-prima jogada fora, cujo valor desta é
superior à venda do reciclado. Isto é, primeiramente, deve-se haver uma preocupação em reduzir
a quantidade de resíduos produzidos e, daqueles que inevitavelmente são gerados, deve-se tratar
adequadamente. Ressalta-se a sua importância em tempos de baixo crescimento econômico e de
crise financeira nas Universidades.
1.2. FORMULAÇÃO DA SITUAÇÃO-PROBLEMA
Em face da crescente relevância de temas relacionados com a sustentabilidade e com o
intuito de diversificar a matriz energética do Brasil, novas fontes de energia vem sendo
pesquisadas, como eólica, solar, energia das ondas e bioenergia. Há um destaque para esta última
12
por apresentar vantagens significativas. De acordo com Salomon e Lora (2005), a fonte de
energia alternativa do biogás, proveniente da digestão anaeróbia de resíduos sólidos ou líquidos,
“contribui em muito na questão ambiental, pois reduz potencialmente os impactos ambientais da
fonte poluidora”. Um dos fatores é a diminuição nas emissões do gás metano de grande impacto
no efeito estufa e corresponde em até 70% do biogás (PECORA, 2006; FAZOLO, 2011).
Além disso, são produzidos diariamente no Brasil cerca de 100.000 toneladas de resíduos
sólidos urbanos, sendo que mais de 50% da massa dos mesmos corresponde a fração orgânica
(ALBERTONI, 2013). É notável o potencial energético e os benefícios socioambientais
decorrentes do reaproveitamento destes resíduos. Como eles passam a agregar valor econômico,
devem seguir a Política dos 3R’s, sendo reduzidos, reciclados e reutilizados em outras cadeias
produtivas, e reduzindo os impactos ambientais, os custos de destinação, demanda por matérias-
primas e energia (BONELLI, 2010).
Como definido pelo Decreto 5.940/2006, a separação na fonte geradora de resíduos
recicláveis descartados pelos órgãos e entidades da administração pública federal direta e indireta
é obrigatória. Sendo assim, as Universidades Públicas Federais são responsáveis pela gestão
adequada dos resíduos gerados por elas próprias (BRASIL, 2006).
Nesse contexto, o aproveitamento de resíduos orgânicos no Restaurante Universitário
(RU) para geração de energia limpa é de extrema importância para a promoção da
sustentabilidade no ambiente universitário, em especial na Universidade Federal Fluminense
(UFF), incentivando o aprendizado acadêmico e servindo de modelo para as empresas que
interagem com a universidade. Tem-se como proposta de solução tecnológica, energética e de
gestão de resíduos a implementação de um biodigestor. A importância deste modelo é crescente
pelo seu sucesso no aproveitamento de energia limpa e renovável (SEGURA, 2014).
De acordo com Sewell (1978), as crescentes objeções ao volume de resíduos sólidos
dividem-se em cinco categorias: saúde pública, custos de recolhimento e processamento, estética,
ocupação de espaço em depósitos de lixo e esgotamento dos recursos naturais. Com o uso de um
biodigestor, não apenas haveria redução de custos com transporte, como a promoção da
sustentabilidade, a disposição final da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (provenientes
do RU) e a geração de energia para autossuficiência do Restaurante Universitário.
13
1.3. OBJETIVOS DO ESTUDO
Identificar as possíveis contribuições da Engenharia da Sustentabilidade para a eficiência
energética de um restaurante e apontar os benefícios e vantagens da implementação do
biodigestor no Restaurante Universitário da Escola de Engenharia, campus Praia Vermelha.
• Levantar e definir os parâmetros de sustentabilidade
• Averiguar o volume de resíduos orgânicos produzidos pelo RU da Escola de
Engenharia
• Apurar o valor energético característico desse resíduo
• Verificar a instalação de um biodigestor para solução de tratamento adequado dos
resíduos orgânicos do Restaurante Universitário
• Identificar o modelo mais adequado para o biodigestor
A partir desse objetivo, pondera-se alcançar, por meio de um processo de biodigestão, o
crescimento da Universidade em âmbitos de sustentabilidade e de inovação tecnológica.
1.4. DELIMITAÇÃO DO ESTUDO
Dado a complexidade e a abrangência do desenvolvimento de um sistema de biodigestão e
pelo fato do Restaurante Universitário da Escola de Engenharia não possuir grande escala de
resíduos orgânicos gerados, este projeto estará delimitado ao foco socioambiental da
implementação de um biodigestor, que atenda às necessidades de suprimento de energia para as
atividades básicas do RU da Escola de Engenharia.
Neste sentido, outros temas como a economicidade do projeto, o dimensionamento do
biodigestor propriamente dito, a logística de armazenamento do resíduo, etc, não serão objeto de
estudo no presente projeto.
Este projeto está também delimitado ao contexto dos parâmetros físicos, não sendo
aprofundadas as pesquisas na direção dos parâmetros químicos e biológicos, que também fazem
parte do contexto da promoção da eficiência energética por biomassa com aplicação de
biodigestores.
1.5. QUESTÕES DA PESQUISA
14
As questões abaixo nortearão a pesquisa e serão respondidas ao final do projeto:
Questão 01: Quais as contribuições da Engenharia da Sustentabilidade para a eficiência
energética de um restaurante universitário?
Questão 02: Quais os benefícios e vantagens da implementação do biodigestor no
Restaurante Universitário da Escola de Engenharia?
1.6. ORGANIZAÇÃO DO ESTUDO
O estudo está estruturado em cinco capítulos.
O primeiro capítulo é introdutório e apresenta a motivação do projeto, o problema da
pesquisa, objetivos e delimitação do estudo, as questões direcionadoras e a organização do
mesmo.
No segundo capítulo, a revisão da literatura apresenta aspectos da sustentabilidade,
ressaltando o cenário de destaque do tema, a importância da energia para o desenvolvimento
econômico e tecnológico, eficiência energética, gestão de resíduos e biodigestor.
O terceiro capítulo apresenta a metodologia propriamente dita.
O quarto capítulo apresenta o estudo desenvolvido no RU da Escola de Engenharia, o
levantamento e o tratamento dos dados. E ao final da análise, a escolha de um melhor biodigestor
para o campus através da aplicação de filtros eliminatórios.
O quinto e último capítulo 5 apresenta a conclusão, com as considerações finais, as
respostas às questões da pesquisa e as sugestões de desdobramento da pesquisa.
15
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1. SUSTENTABILIDADE
Houve um grande desenvolvimento econômico e de tecnologias em pouco tempo e de
forma descontrolada, levando à diversos impactos na vida da população e do planeta, tais como: a
concentração de riquezas, desigualdade social, desemprego, prejuízos ambientais, desmatamento,
poluição, etc. Apesar da tecnologia ter proporcionado maior produtividade e redução de custos,
além de maior conforto para a sociedade; para sustentar tal crescimento o uso intensivo de
matérias-primas e energia faz-se necessário (LUSTOSA, 2003). A exploração de recursos
naturais vem sendo feita de forma indevida e se agravando com o tempo e, por isso, se torna
imprescindível a utilização de ferramentas, que gerenciem o uso sustentável dos recursos,
diminuindo os impactos socioambientais.
Nas últimas décadas, a preocupação com as questões ambientais e de sustentabilidade
vem ganhando força, sendo tema recorrente de conferências internacionais. Por exemplo, a
Conferência de Estocolmo foi um marco da década de 70. Diante da preocupação com as
gerações futuras e com a insustentabilidade do crescimento, assim como o consumismo
exacerbado, surgiu, em 1987, o termo “sustentabilidade”, apresentado oficialmente na Comissão
Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMAD), da Organização das Nações
Unidas (ONU), tendo sido definido como “[...] a capacidade de satisfazer as necessidades do
presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazerem suas próprias
necessidades” (CMMAD, 1988).
Na medida em que a conscientização sobre a importância de se manter a sustentabilidade
do sistema evolui, medidas corretivas e preventivas são adotadas pelos governantes de diversos
países. Dentre algumas dessas medidas estão leis e normas regulamentadoras, elevando a
importância dessa discussão também no mundo empresarial. O comprometimento das empresas
com a sustentabilidade passou a ser parte da estratégia das mesmas com o intuito de trazer mais
benefícios a si próprios, para o meio em que se insere e para a sociedade, surgindo o conceito de
Triple Bottom Line (TBL).
16
O Triple Bottom Line propõe que o sucesso organizacional é medido não apenas pelo
lucro gerado pelo negócio, mas pela interação do desempenho nas dimensões econômica, social e
ambiental (DE LIMA et.al., 2009). Assim, muitas organizações passaram a comunicar seus
desempenhos e suas inter-relações baseados nestes três pilares da sustentabilidade (ISENMANN
et al., 2007).
Este conceito realça que a sustentabilidade vai além de apenas uma preocupação com o
meio ambiente. Segundo Campos (2010), para ser sustentável deve-se ser ambientalmente
correto, economicamente viável, socialmente justo e culturalmente aceito. Ao englobar tais
vertentes, as empresas compõem novos objetivos, visando evitar prejuízos ao cumprir as leis e
normas, aumentando a qualidade dos processos e produtos ou serviços, diminuindo custos
(SCHMIDHEINY, 1992), com a redução do consumo de energia e insumos, diminuição de
resíduos e com o reaproveitamento destes. Passa a ser fundamental que a gestão ambiental seja
parte integrante da gestão global da organização (PAIVA, 2013).
Uma das formas para reduzir o desperdício seria a revalorização dos subprodutos, pois o
que é resíduo para uma empresa pode ser matéria-prima para outra. O reaproveitamento de
subprodutos é excelente para reduzir custos e diminuir emissão de resíduos, podendo inclusive
resultar em alguma receita. Deve-se ter em mente a busca do desperdício zero, porém metas
absolutas são utópicas. Como não é possível ter resíduo zero, deve-se dar um fim no mesmo.
Como foi visto, não é legal, tanto no sentido estrito da lei como da razoabilidade, jogar lixo em
lugares que polua a natureza, desse modo, uma forma de reaproveitar o lixo do restaurante seria
transformá-lo em insumo para um biodigestor, que também levaria à redução com gastos de
energia, uma vez que o biogás alimentaria o próprio bandejão, podendo inclusive ser
autossuficiente.
2.2. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Segundo US NATIONAL POLICY DEVELOPMENT GROUP (2001), eficiência
energética é a capacidade de utilizar menos energia para produzir a mesma quantidade de
iluminação, aquecimento, transporte e outros serviços baseados na energia. Ela ajuda a preservar
o meio ambiente e proporciona às gerações futuras a capacidade de satisfazer as suas próprias
necessidades, haja vista que a mesma integra grande parte dos indicadores de sustentabilidade.
17
Destacam-se oito indicadores estabelecidos pela Organização Latino-Americana de Energia
(OLADE, 1996), agrupados em três grandes dimensões:
• Indicadores de dimensão econômica
• Autossuficiência energética
• Robustez diante das mudanças externas (exportações energéticas)
• Produtividade energética (PIB/energia consumida)
• Indicadores de dimensão social
• Cobertura elétrica (percentual de municípios eletrificados)
• Cobertura das necessidades energéticas básicas (consumo de energia útil
residencial)
• Indicadores de dimensão ambiental
• Pureza relativa do uso da energia relacionada com emissão de CO2
• Uso de energias renováveis
• Estoques de recursos fósseis e lenha
Esses indicadores evidenciam a importância do tripé econômico, social e ambiental da
sustentabilidade. A empresa Enel Brasil divulgou em seu Relatório Anual de Sustentabilidade de
2015 (ENEL, 2015), e reforça em seu documento de Compromisso com a Sustentabilidade
(ENEL, 2017), passos estratégicos para o desenvolvimento e emprego de fontes alternativas para
atender às necessidades energéticas. Uma dessas iniciativas pontuais é a construção no Brasil da
maior usina de energia solar da América Latina (ENEL, 2017).
A matriz energética de um país tem um papel significativo no desenvolvimento
econômico e tecnológico, por ser a base de todo o setor produtivo. Além disso, está bastante
relacionada à qualidade de vida da sociedade, principalmente após a Revolução Industrial. É
valido também afirmar que o crescimento populacional e econômico implicam em maior
consumo de energia. Este, por sua vez, implica em maior necessidade de geração de energia e
investimento científico-tecnológico na matriz, podendo ser um limitador para o crescimento do
país.
É consenso que os padrões atuais de produção e consumo de energia precisam ser
trocados por outros que estimulem o uso mais eficiente de energia, fontes renováveis, recursos
18
energéticos de baixo custo e de baixo impacto ambiental (MENKES, 2004; TOLMASQUIM et.
al., 2007; LUCON & GOLDEMBERG, 2007, 2009).
No cenário brasileiro, há abundante disponibilidade de recursos energéticos renováveis e
de tecnologia suficiente para transformá-los em energia, agregando, assim, valor à produção de
riquezas. Essa condição favorável em relação ao resto do mundo faz com que o país possua uma
vantagem comparativa. Ademais, segundo Andrade et al. (2002), “a grande extensão territorial
do Brasil dificulta a implantação de redes de transmissão elétrica e de transporte, o que favorece a
adoção de soluções locais para o suprimento de energia e fertilizantes”.
Perdura-se, para as próximas décadas, o desafio brasileiro de atender a uma elevada
procura energética, devido ao desenvolvimento socioeconômico de sua população, e, com isso,
arcar com a maior demanda por alto grau de segurança e sustentabilidade energética. Atualmente,
a geração de energia elétrica-térmica no Brasil se dá a partir de combustíveis fósseis e
renováveis. Dentre as fontes renováveis estão a biomassa da cana-de-açúcar, lenha ou carvão
vegetal e outras fontes que, apesar de renováveis, demandam grande custo ecológico de produção
e posterior disposição. Assim, iniciativas que promovam o uso mais eficiente das fontes devem
ser consideradas como peça fundamental de estratégia.
Em face dessa relação energia-desenvolvimento sustentável e das crescentes preocupações
com o meio ambiente, como um exemplo de energia renovável promissora tem-se a digestão
anaeróbica, meio pelo qual é produzido o biogás. Este é um processo eficiente de aproveitamento
energético, que tem por característica a geração de energia limpa, de baixo custo, e alto valor
econômico e socioambiental. Distingue-se por ser energeticamente eficiente, não poluir e
eliminar os resíduos, que hoje são desordeiramente dispostos em grandes lixões ou em perigosos
aterros sanitários.
2.3. GESTÃO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS
A importância da gestão dos resíduos sólidos faz com que exista um Plano Nacional de
Resíduos Sólidos (PNRS) no Brasil, a exemplo de outros países no mundo. O principal objetivo
do plano é contextualizar a situação no país, estabelecer cenários, programas, ações e metas para
orientar a política brasileira de resíduos sólidos.
19
É válido destacar algumas definições segundo a Lei 12.305/2010 (BRASIL, 2010), que
disciplina a Política Brasileira de Resíduos Sólidos:
“Rejeitos são resíduos sólidos que, depois de esgotadas todas
possibilidades de tratamento e recuperação por processos tecnológicos
disponíveis e economicamente viáveis, não apresentem outra possibilidade
que não a disposição final ambientalmente adequada. ”
“Resíduos sólidos são material, substância, objeto ou bem descartados
resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se
procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados
sólidos ou semissólidos, bem como gases contidos em recipientes e
líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede
pública de esgotos ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções
técnicas ou economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia
disponível.”
“Resíduos sólidos urbanos correspondem aos resíduos domiciliares e de
limpeza urbana (varrição, limpeza de logradouros e vias públicas, outros
serviços de limpeza urbana). ”
De acordo com o Plano Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS, 2012), é preciso adotar
uma cultura de produção e de consumo mais sustentável e uma gestão dos resíduos mais eficaz,
“por meio de uma ampla e profunda ação pedagógica que incentive a não-geração, a redução, a
reutilização, o tratamento e a destinação final ambientalmente adequada”. Por isso este trabalho
também visa induzir futuros estudos com esta temática incentivando atitudes acadêmicas e
pedagógicas que possam culminar em políticas públicas no tema.
A Figura 1 apresenta a composição gravimétrica média dos resíduos sólidos urbanos
(RSU) no Brasil, a qual demostra o quanto a matéria orgânica está presente no mesmo ao
evidenciar que se trata da maior parcela de RSU, totalizando 51,4%. Estes se constituem
basicamente de restos de animais ou vegetais e são provenientes de diversas fontes, como
doméstica ou urbana (restos de alimentos e podas), agrícola ou industrial (resíduos de
20
agroindústria alimentícia, indústria madeireira, frigoríficos, etc), de saneamento básico (lodos de
estação de tratamento de esgotos), entre outras (BRASIL, 2017).
Figura 1 - Estimativa da composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos no Brasil em 2008
Fonte: Adaptado de PNRS, 2012
A partir de dados do IBGE (2010), apenas 1,6% (1.519 t/d) dos resíduos orgânicos
coletados no ano de 2008 foi encaminhado para tratamento via compostagem. Isso ocorre uma
vez que não há separação adequada na pré-coleta, ou seja, na fonte, gerando despesas que
poderiam ser evitadas.
Para mais, tal resíduo pode representar risco ao meio ambiente quando em grande volume
e se disposto de maneira inadequada, conforme visto anteriormente, pois em seu processo de
decomposição gera lixiviado, emissão de gases de efeito estufa na atmosfera, além do
favorecimento da proliferação de vetores de doenças.
Por outro lado, a gestão de resíduos orgânicos tem muitos benefícios, como a geração de
renda, por meio da venda do subproduto biofertilizante, a redução do consumo de energia
elétrica, com o uso energético do biogás, bem como da emissão do gás metano na atmosfera, o
qual tem um “potencial de aquecimento global (efeito estufa) 21 vezes maior que o do gás
carbônico”, conforme Andrade et al. (2002).
Outras externalidades desde tipo de resíduo são o odor causado pelos “gases liberados
pelo metabolismo dos microrganismos anaeróbios, a contaminação de águas superficiais e
subterrâneas causada pelo lixiviado, líquido resultante da decomposição anaeróbia, com alta
32%
51%
17%
Material reciclável
Matéria orgânica
Outros
21
carga poluidora, a elevada demanda por áreas para disposição dos resíduos, problemas sociais e
de saúde pública”, citadas por Ferreira (2015).
Segundo um estudo realizado pela Food And Agriculture Organization (FAO), estima-se
um desperdício anual de um terço da produção mundial de alimentos para consumo humano. Este
valor equivale a 1,6 bilhão de toneladas de alimento, sendo praticamente a totalidade desses ainda
propícia para comer. Além disso, esse resíduo é responsável por aproximadamente 8% das
emissões globais de gases de efeito estufa na atmosfera (FAO, 2013).
No contexto brasileiro da agroindústria associadas à agricultura, estima-se que a geração
de resíduos orgânicos no ano de 2009 atingiu cerca de 290.838.411 toneladas, correspondente ao
potencial energético instalado de até 23 GW/ano, equivalente a 201.471 GWh/ano (PNRS, 2012).
Com o crescimento do setor agroindustrial nos últimos anos, é esperado que a geração de
resíduos orgânicos continue aumentando. E, por depender prioritariamente dor recursos naturais
para existir, deve-se buscar reduzir o impacto provocado através do manejo, tratamento e
disposição adequados dos resíduos.
No Restaurante Universitário objeto do presente projeto, são fornecidas 7.000 refeições
por dia, oferecidas em 6 campus (PAIVA, 2013a). De acordo com dados de estudos anteriores da
equipe de nutrição do restaurante (2011), cerca de 11% dos alimentos preparados são jogados no
lixo, equivalente a 150kg por dia, quantia suficiente para 270 pessoas fazerem uma refeição
(PAIVA, 2013b).
2.4. BIODIGESTOR
Historicamente, os estudos de biodigestores tiveram seu avanço no Brasil na década de 80
e, inicialmente, foram realizados, principalmente, na região sul para o aproveitamento de resíduos
animais, mas o interesse de aproveitar a biomassa surgiu na região nordeste, com suas vastas
produções de cana-de-açúcar (SOUZA & LAGE FILHO, 2014a). Segundo estudo de Azevedo
(2016), há um “elevado número de artigos científicos e documentos patentários”, no Brasil,
obtidos nas bases de dados utilizadas pela autora, ressaltando o crescimento de pesquisa na área
nos últimos 10 anos.
Como grande produtor agropecuário, tendo a biomassa amplamente disponível no
território brasileiro, e por possuir um significativo déficit na gestão de resíduos sólidos, o uso de
22
biodigestor mostra grande potencial no país, que permitira se apresentar em lugar de destaque no
processo de geração de biogás e na sua conversão em energia. Há justaposição desta tecnologia
às metas do Governo Federal presentes no Plano Nacional de Resíduos Sólidos (2012), que são:
redução, reutilização, reciclagem, aproveitamento energético dos gases, a eliminação e
recuperação de lixões, medidas para incentivar e viabilizar a gestão regionalizada.
A integração da diversificação e da inovação, tanto no setor energético quanto na gestão
de resíduos e saneamento, é uma das diversas vantagens do desenvolvimento de tecnologias para
exploração e uso do biogás. É do consenso de vários autores os benefícios da utilização de tal
tecnologia, como também a produção de biofertilizante, itens com alto valor agregado, resultado
da digestão anaeróbica (SEIXAS et al., 1980; LI et al., 2011; BROWNE & MURPHY, 2013;
ZHANG et al., 2006, 2011, 2013). Outro fator positivo ao Brasil, de acordo com Moura e Selvam
(2006), são as condições climáticas favoráveis.
Um biodigestor pode ser definido como uma câmara fechada, onde a biomassa sofre a
digestão pelas bactérias anaeróbicas, produzindo o biogás e o biofertilizante, na ausência total de
oxigênio (GASPAR, 2003; PEDERIVA et al., 2012; SILVA, 2012). O processo geralmente é
composto por um sistema de entrada de matéria orgânica, um tanque onde ocorre a ação
microbiológica e um mecanismo para retirada de subprodutos (REIS, 2012). A Figura 2 ilustra o
processo da biodigestão, suas entradas e saídas, e a Figura 3 e 4 são fotos de modelos de
biodigestores.
Figura 2 – Esquema de entradas e saídas de um processo de biodigestão
Fonte: Adaptado do Manual de Treinamento em Biodigestão (2008a)
23
Figura 3 – Biodigestor da planta pMethar, campus Pampulha, UFMG
Fonte: UFMG, 2013
Figura 4 – Biodigestor do fabricante BGS
Fonte: BGS, 2017
Segundo Pecora (2006), algumas vantagens da utilização de biodigestores são o baixo
custo operacional e de implantação; simplicidade operacional, de manutenção e controle;
adequada eficiência na remoção de diversas categorias de poluentes (matéria orgânica
biodegradável, sólidos suspensos, nutrientes e patogênicos); baixos requisitos de área;
24
possibilidade de aplicação em pequena escala (dimensionamento para cada sistema em
particular). Ademais, agrega-se valor à produção por meio da geração de subprodutos
recuperáveis e úteis, como o biofertilizante, visando sua aplicação na fertilização de culturas
agrícolas, e o biogás, um gás combustível de razoável teor calorífico. Isso pode promover a
autossuficiência econômica.
A Tabela 1 apresenta a composição do biogás, sendo que esta varia de acordo com a
natureza do composto orgânico utilizado como insumo. Como observado, as maiores proporções
são de metano e de gás carbônico. Todavia, como o gás carbônico é incombustível, pode-se
eliminá-lo através da dissolução em água; por outro lado, é possível obter um biogás com cerca
de 95% de metano de poder calorífico de cerca de 8.500 kcal/m3 (ARRUDA et al., 2002a).
Conforme Arruda et al. (2002b), um exemplo prático da eficiência do gás é que 1m3 do mesmo
corresponde ao consumo de energia para o preparo de três refeições diárias para uma família de
cinco pessoas. A Tabela 2 compara o poder calorífico do biogás em relação a outras fontes de
energia, em condições ambientes.
Tabela 1 – Composição do biogás
Gases
Metano (CH4)
Dióxido de carbono (CO2)
Hidrogênio (H2)
Nitrogênio (N2)
Oxigênio (O2)
Gases diversos (H2S, CO, NH3)
%
50 a 80
20 a 40
1 a 3
0,5 - 3
0,5 a 1
1 a 5
Fonte: Adaptado de ARRUDA et al. (2002), e de COLDEBELLA (2006)
25
Tabela 2 – Equivalente entre 1 m3 de biogás e outros combustíveis comumente utilizados
Gasolina 0,31 L
Querosene 0,34 L
Óleo diesel 0,36 L
GLP 0,40 L
Lenha (10% de umidade) 1,45 kg
Fonte: Adaptado de PROSAB (2003)
Uma das vantagens da geração do biogás é a possibilidade do seu aproveitamento como
fonte de energia térmica ou elétrica, substituindo os combustíveis fósseis (GLP) ou a lenha, sendo
a bioenergia uma fonte renovável e de queima limpa. E, ao contrário do álcool da cana-de-açúcar
e de óleos extraídos de outras culturas, o biogás, oriundo da fermentação da matéria orgânica no
biodigestor, não necessita de terras disponíveis para plantio, não competindo assim pela posse de
terra com as culturas alimentares (MANUAL DE TREINAMENTO EM BIODIGESTÃO, 2008).
Pelo contrário, o reaproveitamento de tais resíduos torna-o auxiliar do saneamento ambiental.
De acordo com Souza e Lage Filho (2014b), “o biofertilizante é um adubo orgânico
líquido que funciona como complementação da adubação orgânica natural do solo”, sendo rico
em nutrientes fundamentais para a vegetação. Comparativamente com os fertilizantes químicos
mais usuais, o uso de biofertilizante contribui para a economia de petróleo (SILVA, 1984), para a
mitigação da contaminação dos recursos hídricos, ao reduzir o escoamento superficial de
defensivos químicos, e para maior resistência às pragas.
O projeto de dimensionamento de um biodigestor é dinâmico e adaptativo a cada situação
e local (SOUZA et al., 2012). Diretamente ligado a ele está o sucesso de projetos de geração de
biogás, uma vez que fatores mal dimensionados podem acarretar na interrupção do fluxo de
geração de biogás, devido à sensibilidade microbiológica de tal processo, como a quantidade de
água, o tamanho dos biorreatores, a recirculação do substrato, a temperatura e a mistura do
substrato (LEITE et al., 2009; SOUZA, 2015).
26
Um exemplo de aplicação atual pode ser observado na Universidade Federal de Minas
Gerais (UFMG), no campus Pampulha. Lá está implantada a plataforma de metanização
(pMethar) de resíduos orgânicos provenientes do Restaurante Universitário. Seus subprodutos
gerados são aproveitados para utilização energética e calórica na própria planta e áreas
adjacentes, como também para a fertirrigação das áreas verdes no entorno. A quantidade de
metano produzido pelo reator da pMethar, em condições normais de temperatura e pressão
(CNTP), foi na ordem de 400 m3 de CH4 por tonelada de sólidos voláteis (SV), a partir do
tratamento de cerca de 500 kg de resíduos alimentares por dia, sendo possível a geração de 2055
kWh por mês (FERREIRA, 2015).
27
3 METODOLOGIA
O desenvolvimento do trabalho de conclusão de curso em questão pode ser observado na
Figura 5, na qual são expostos os passos realizados no estudo.
Figura 5 – Fluxograma de delineamento da pesquisa
Fonte: Autora
A primeira etapa é o início do planejamento do trabalho e consiste na definição do
problema. Nela são expostos pontos chave da pesquisa, como sua motivação, a situação
problema, seu objetivo, a delimitação do estudo, a organização do mesmo e também algumas
questões a serem respondidas como forma de conclusão (VERGARA, 2011). É fundamental para
atender tais pontos que o autor possua embasamento teórico suficiente para entender o contexto
no qual o tema está inserido e a relevância do mesmo no meio acadêmico e no mercado.
Para cumprir este papel, é iniciado o segundo passo. Primeiramente, no capítulo um,
foram definidos o tema sustentabilidade, eficiência energética e gestão de resíduos. Ademais, foi
estabelecido um foco mais específico em biodigestor como tecnologia que envolve os dois
últimos mencionados. No segundo capítulo, reforçou-se o embasamento por meio de pesquisas
em diferentes referências (artigos científicos, teses, dissertações, revistas, sites, livros, etc),
28
trazendo um aprofundamento nos temas e maior credibilidade, além de validar conceitos e
premissas utilizadas ao longo do trabalho.
A seguir, foi definida a metodologia e, assim, determinados a classificação da abordagem
do problema, o tipo e o método da pesquisa.
Do ponto de vista da forma de abordagem do problema, o presente estudo caracteriza-se
como qualitativo e a pesquisa em questão é descritiva, envolvendo uma análise dedutiva de dados
(GIL, 2002).
Segundo Vergara (2011), existem dois critérios básicos para definição do tipo de
pesquisa: quanto aos fins e quanto aos meios. Quantos aos fins, o presente estudo é descritivo,
tendo como principal finalidade identificar, registrar e analisar características, fatores ou
variáveis que se relacionam com um processo.
No que se refere à característica da pesquisa segundo os procedimentos de coleta de
dados, isto é, quanto aos meios, serão desenvolvidos uma pesquisa bibliográfica e uma pesquisa
de campo. A primeira é exposta no segundo capítulo e caracteriza-se no embasamento teórico e
no aprofundamento de estudo a partir de materiais já elaborados, constituídos principalmente por
livros e artigos científicos. De acordo com Gonsalves (2001), o estudo de campo é o “tipo de
pesquisa que pretende buscar a informação diretamente com a população pesquisada”, tornando
necessário o contato do pesquisador com o espaço onde o fenômeno ocorre. O estudo de campo é
circunscrito dentro de um órgão público e será pautado na contribuição da Engenharia da
Sustentabilidade para promover a eficiência energética de um Restaurante Universitário (RU).
O passo quatro foi a realização da pesquisa de campo, compreendida pela coleta de
informações sobre os Restaurantes Universitários da UFF e a quantidade de resíduos orgânicos
gerados pelo RU do campus Praia Vermelha. A coleta dos dados foi feita pelo projeto de
extensão “Sustentabilidade na Produção de Refeições: resíduos sólidos no Restaurante
Universitário da Universidade Federal Fluminense”.
Após a pesquisa de campo, é necessário analisar seus resultados para que seja possível
chegar a uma conclusão. Para a análise, foi realizado um levantamento de dados para definir o
29
potencial energético proveniente da biodigestão de tais resíduos. Assim, o passo seguinte foi a
análise propriamente dita dos dados das duas etapas anteriores.
Posteriormente, foi realizada uma pesquisa na internet, no período de janeiro de 2017 a
maio de 2017, na qual foram coletados dados primários obtidos no portal dos fornecedores de
biodigestor e dados secundários obtidos em trabalhos acadêmicos. Assim, foi montada uma
matriz com os parâmetros das tecnológicas comerciais de biodigestão existentes e o seu
preenchimento segundo respectivos fornecedores. Os parâmetros encontrados foram: capacidade,
input de matéria orgânica, input de água, produção média esperada de biogás, produção média
esperada de biofertilizante e preço.
O passo seguinte foi aplicar filtros para auxiliar a seleção de um biodigestor para atender
as demandas do Restaurante Universitário da Escola de Engenharia da UFF. Os filtros foram os
seguintes: quantidade média de resíduo gerado, potencial diário de produção de metano e preço.
Nesta última etapa, foi selecionado um biodigestor comercial com tal finalidade.
Por fim, tem-se a conclusão, com as considerações finais, as respostas às questões da
pesquisa e as sugestões de desdobramento da pesquisa.
30
4 LEVANTAMENTO E ANÁLISE DE PARAMETROS DE EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA NO RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO DA ESCOLA DE
ENGENHARIA
4.1 O RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO
O Restaurante Universitário (RU) da Universidade Federal Fluminense (UFF), mais
conhecido como “bandejão”, foi criado há 50 anos com o intuito de assistir a comunidade
universitária. Seu principal objetivo é prestar atendimento em alimentação através do
fornecimento de refeições a baixo custo a fim de garantir a permanência e a diplomação dos
estudantes na universidade.
A UFF de Niterói dispõe de seis refeitórios distribuídos em cinco campi: Gragoatá, Praia
Vermelha, Reitoria, Veterinária e Hospital Universitário Antônio Pedro (HUAP). Os horários de
funcionamento no almoço variam de campus para campus na faixa de 11h30 até 14h30, de
segunda-feira à sexta-feira. Nos campi Gragoatá e Praia Vermelha são ofertadas refeições
também no jantar das 17h00 às 19h00, de segunda-feira à sexta-feira, sendo que nas sextas-feiras,
no Praia Vermelha, funciona apenas das 17h00 às 18h00 (UFF, 2017).
As refeições seguem um cardápio elaborado por nutricionistas do próprio restaurante, que
é atualizado mensalmente de acordo com a disponibilidade de ingredientes e aceitação dos
usuários. São compostas por duas saladas, uma guarnição, arroz, feijão, uma proteína, uma
sobremesa (fruta ou doce) e refresco.
Há uma produção média de 8.000 refeições por dia na cozinha central do Gragoatá, que
são distribuídas para todas as unidades. Sendo servidas neste campus, em média, 3.887 refeições
por dia. Já no campus Praia Vermelha, em média, 833 refeições diariamente.
31
Tabela 3 – Refeições consumidas pelo RU Praia Vermelha e RU Gragoatá no mês de abril, maio e junho
de 2017
Mês Praia
Vermelha Gragoatá
Abril (número de refeições) 10.665 57.032
Maio (número de refeições) 21.448 91.921
Junho (número de refeições) 13.464 61.909
Média mensal (número de refeições/mês) 15.192 70.287
Média diária (número de refeições/dia) 833 3.887
Fonte: Projeto de Extensão (2017)
Podem utilizar o restaurante alunos matriculados na UFF, professores e servidores da
UFF, funcionários de empresas terceirizadas e visitantes, desde que estes comprovem algum tipo
de trabalho/estudo na universidade. E, para ter acesso, as pessoas devem portar o seu documento
de identificação do RU e o tíquete, cujo preço varia de R$0,70, para estudantes, à R$8,00, para
visitantes.
Várias modificações ocorreram em busca de melhorias e algumas iniciativas para
minimizar o impacto ambiental estão sendo implementadas no RU, tais como: coleta de óleo de
cozinha, distribuição de canecas para redução da utilização de copos plásticos e campanha contra
o desperdício de alimentos. Segundo a Campanha “Não ao desperdício” iniciada em 2011, há
uma grande quantidade de comida desperdiçada pelos usuários. São jogados, no lixo, 11% dos
alimentos preparados (sobras no processo produtivo, restos em pratos e panelas), equivalente a
150 kg por dia. Com esta quantidade de alimento, 270 pessoas poderiam fazer uma refeição
(PAIVA, 2013; UFF, 2017).
4.2 A PESQUISA DE CAMPO PARA LEVANTAMENTO E ANÁLISE
A pesquisa de campo foi realizada no Restaurante Universitário da Escola de Engenharia
da Universidade Federal Fluminense, campus Praia Vermelha, e consistiu no levantamento
quantitativo de resíduo orgânico proveniente do mesmo. Como apoio, foram usados coleta de
dados primários pelo grupo de pesquisa do Projeto de Extensão “Sustentabilidade na Produção de
Refeições: resíduos sólidos no Restaurante Universitário da Universidade Federal Fluminense”,
sob coordenação da Professora Maristela Soares Lourenço e envolvendo a Faculdade de Nutrição
32
e a Pró-Reitoria de Assuntos Estudantis (PROAES) da UFF, que contou com a participação da
graduanda.
Para fins comparativos e por já fazer parte da coleta de dados do Projeto de Extensão,
estão também estarão presentes os valores referentes ao campus Gragoatá, cujos resultados
comparativos estarão expressos nas tabelas 4 e 6.
Os resíduos orgânicos gerados pelo RU Praia Vermelha consistem das sobras sujas e
limpas do processo de servir a comida (rejeito) e dos restos alimentares dos pratos dos usuários
(restos). Isto é, resíduos que ficam no fundo dos recipientes de armazenamento da comida,
alimentos que caem no chão e resíduos que são descartados pelos usuários. Não são considerados
os resíduos do processo de produção das refeições.
De acordo com os dados obtidos pelo Projeto de Extensão referentes ao mês de maio de
2017 (Tabela 4), a média de resíduos orgânicos gerados diariamente é 40,7 kg. Em comparação, a
média do campus Gragoatá é 198,3 kg. No período em questão, os números de refeições servidas
nos campus Praia Vermelha e Gragoatá foram, respectivamente, 21.448 e 91.921, produzindo um
total de 976 e 4.758 kg de resíduos orgânicos.
33
Tabela 4 – Resíduos orgânicos gerados pelo RU Praia Vermelha e RU Gragoatá no mês de maio de 2017
Praia Vermelha 2-5
maio
8-12
maio
15-19
maio
22-26
maio
29 maio
-2 junho Parcial Total
Rejeito (kg) 115 157 133 126 150 679
976
Resto (kg) 44 118 31 63 41 297
Média diária (kg/dia) 40,7
Gragoatá 2-5
maio
8-12
maio
15-19
maio
22-26
maio
29 maio
-2 junho Parcial Total
Rejeito (kg) 751 810 716 484 662 3422
4758
Resto (kg) 311 317 228 195 287 1336
Média diária (kg/dia) 198,3
Fonte: Projeto de Extensão, 2017
A partir desse valor médio é preciso saber qual quantidade útil desse material será efetivo
para produção de energia. Para isso, necessita-se calcular o teor de degradabilidade do substrato
afluente a partir do percentual de sólidos voláteis totais (SV).
Foi utilizado como base os dados do estudo de Rocha (2016), que em seu levantamento
bibliométrico compilou os dados expostos na Tabela 5, que representam a taxa útil de resíduo
alimentar para a produção energética.
Tabela 5 – Composição de SV característica dos resíduos alimentares
Autor Zhang et al
(2007)
Li et al
(2011)
Zhang et al
(2011)
Browne et al
(2012)
Zhang et al
(2013)
SV (%) 26,4 22,6 17,1 27,6 21,0
Fonte: ROCHA (2016)
34
Utilizando o valor médio da Tabela 5, tem-se que apenas 23% dos resíduos totais são úteis
no processo de transformação em energia. Dessa maneira, temos um valor liquido de 9,4 kg SV
por dia (Tabela 6).
Baseado no trabalho de Ferreira (2015), uma tonelada de sólidos voláteis produz em
média um volume de 400 m3 de metano por quilo de sólidos voláteis. Assim, a quantidade
estimada de gás metano proveniente da digestão dos resíduos orgânicos gerados pelo RU Praia
Vermelha é de 3,7 m3 por dia (Tabela 6).
O metano tem um poder calorífico inferior de 9,9 kWh/m3 (CNTP), conforme Coldebella
et al. (2006). É valido ressaltar que o biogás terá um poder calorífico inferior abaixo do
mencionado, devido ao teor de metano presente no mesmo (50 a 80%). Deve-se atentar, também,
para a taxa de eficiência da conversão do biogás em energia elétrica, que, para motores ciclo
Otto, é de aproximadamente 25% (CCE, 2000). Com isso, tem-se que o potencial energético
diário do RU Praia Vermelha é de 37,1 kWh e a produção diária real de 9,3 kWh (Tabela 6).
Considerando apenas dias úteis, que geralmente correspondem aos dias de funcionamento
do RU, a produção mensal real deste campus é de 185,3 kWh e a produção para o campus
Gragoatá é 903 kWh (Tabela 6).
Tabela 6 – Potencial e produção energética dos resíduos do RU Praia Vermelha e RU Gragoatá
Campus Praia Vermelha Gragoatá
Resíduos totais (kg/dia) 40,7 198,3
SV (23%) (kg SV/dia) 9,4 46
Produção média de metano por quilo de SV (m3) 0,4 0,4
Potencial de produção de metano (m3/dia) 3,7 18
Potencial energético (kWh/dia) 37,1 181
Produção energética real (kWh/dia) 9,3 45
Produção energética real (kWh/mensal) 185,3 903
Casas atendidas/mês 1,1 5,6
Fonte: Projeto de Extensão, 2017
35
Conforme a Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2016), a média de consumo em uma
residência era de 161,8 kWh por mês. Deste modo, a produção de energia real do bandejão da
Praia Vermelha alimentaria 1,1 casa por mês.
Com os dados da quantidade média de resíduo gerado (40,7 kg) e do potencial diário de
produção de metano (3,7 m3 CH4/dia), será possível realizar a seleção do melhor biodigestor que
se adeque a essas restrições.
4.3 ANÁLISE E SELEÇÃO DO BIODIGESTOR PARA A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Para fins de análise do desenvolvimento da proposta, foi desenvolvida a matriz de apoio à
decisão, que considerou para fins de seleção de critérios adotados as opções tecnológicas
comerciais, obtidas através de pesquisa realizada com os principais fornecedores, apresentada
anteriormente no sétimo passo da metodologia. Nela pode-se observar algumas características de
biodigestores (Tabela 7).
Tabela 7– Características de biodigestores comerciais
Capacidade (L) Input matéria
orgânica (kg)
Input água
(L)
Produção média
de biogás
(m3/dia)
Produção média de
biofertilizante
(L/mês)
Preço
(R$)
Fonte: Autora
• Capacidade (L): é o volume total que o biodigestor comporta
• Input de matéria orgânica (kg): é a quantidade total de matéria orgânica que o
biodigestor consegue processar por batelada
• Input de água (L): é a quantidade total de água necessária que o biodigestor comporta
para o processamento da matéria orgânica
• Produção média esperada de biogás (m3/dia): é a quantidade média diária de biogás
gerado pelo biodigestor a partir da decomposição da quantidade de matéria orgânica
comportada pela sua capacidade
• Produção média de biofertilizante (L/mês): é a quantidade média mensal de
biofertilizante gerado pelo biodigestor a partir da decomposição da quantidade de
matéria orgânica comportada pela sua capacidade
36
• Preço (R$): é o custo de aquisição do biodigestor
Através da pesquisa, também foi possível o preenchimento da Tabela 8, na qual cada
fornecedor apresentou um valor correspondente para cada um dos critérios da matriz.
Tabela 8 – Dados dos biodigestores comerciais segundo fornecedores
No Capacidade (L)
Input
matéria
orgânica
(kg)
Input
água
(L)
Produção média
esperada de
biogás (m3/dia)
Produção
média de
biofertilizante
(L/mês)
Preço (R$)
1 10000 150 150 5 113 R$8.950,00
2 10000 150 150 5 113 R$5.900,00
3 5000 75 75 2,5 4500 R$6.850,00
4 5000 75 75 2,5 4500 R$3.800,00
5 1000 12,1 10 1,4 10 R$1.600,00
6 2000 24,3 20 2,8 20 R$2.500,00
7 5000 75 75 1,5 3500 R$2.779,00
8 7500 113 113 2,25 5250 R$3.223,00
9 10000 150 150 3 7000 R$3.644,00
10 600 7,3 6 0,8 6 R$1.597,91
11 600 7,3 6 0,8 6 R$1.499,00
12 1300 15,8 13 1,8 13 R$2.485,90
13 3000 36,4 30 4 30 R$6.949,00
Fonte: Autora
Para efeito de tomada de decisão, foram adotados três filtros para avaliar a melhor opção
de biodigestor:
• Filtro 1: quantidade média de resíduo gerado
• Filtro 2: potencial diário de produção de metano
• Filtro 3: preço
A seguir serão apresentadas as etapas de aplicação dos filtros e os resultados obtidos.
• Primeiro filtro: quantidade média de resíduo gerado
Este filtro restringe os es pela capacidade do mesmo de processar por batelada a demanda
do RU Praia Vermelha, que, conforme visto anteriormente, são 40,7 kg de resíduo orgânico
37
gerados, em média, diariamente. Assim, todos aqueles que possuírem um input de matéria
orgânica inferior a tal valor não passará pelo critério.
Tabela 9– Modelos escolhidos após primeira restrição
No Capacidade (L)
Input
matéria
orgânica
(kg)
Input
água
(L)
Produção média
esperada de
biogás (m3/dia)
Produção
média de
biofertilizante
(L/mês)
Preço (R$)
1 10000 150 150 5 113 R$8.950,00
2 10000 150 150 5 113 R$5.900,00
3 5000 75 75 2,5 4500 R$6.850,00
4 5000 75 75 2,5 4500 R$3.800,00
7 5000 75 75 1,5 3500 R$2.779,00
8 7500 113 113 2,25 5250 R$3.223,00
9 10000 150 150 3 7000 R$3.644,00
Fonte: Autora
Pode-se eliminar os modelos: 5, 6, 10, 11, 12 e 13, vide Tabela 9. Em seguida, foi
utilizado o segundo filtro.
• Segundo filtro: potencial diário de produção de metano
É verificada a produção média esperada de biogás, segundo fornecedores, e comparada ao
valor do potencial diário de produção de metano (3,7 m3 CH4/dia), proveniente dos resíduos
orgânicos do RU Praia Vermelha. No caso deste ser superior à produção esperada, elimina-se o
biodigestor em questão.
Após esta abordagem, foram eliminados os seguintes modelos: 3, 4, 7, 8 e 9; sobrando as
opções da Tabela 10, nas quais será aplicado o terceiro filtro.
38
Tabela 10– Modelos escolhidos após segunda restrição
No Capacidade (L)
Input
matéria
orgânica
(kg)
Input
água (L)
Produção média
esperada de
biogás (m3/dia)
Produção
média de
biofertilizante
(L/mês)
Preço (R$)
1 10000 150 150 5 113 R$8.950,00
2 10000 150 150 5 113 R$5.900,00
Fonte: Autora
• Terceiro filtro: preço
Este critério é o preço propriamente dito, pelo qual é selecionado o de menor valor.
Tabela 11– Modelos escolhidos após segunda restrição
No Capacidade (L)
Input
matéria
orgânica
(kg)
Input
água (L)
Produção média
esperada de
biogás (m3/dia)
Produção
média de
biofertilizante
(L/mês)
Preço (R$)
2 10000 150 150 5 113 R$5.900,00
Fonte: Autora
Sendo assim, o modelo 2 foi o selecionado, à priori, para a compra do biodigestor.
Este resultado traz impactos positivos para a Universidade como um todo, em particular,
com a conscientização sobre o tema e a importância dos cuidados necessários com os resíduos de
processos produtivos, especialmente aqueles associados a problemas socioambientais.
Os benefícios da aplicação do biodigestor no Restaurante Universitário da Escola de
Engenharia da Universidade Federal Fluminense são diversos e podem ser categorizados nos três
aspectos da sustentabilidade: econômico, ambiental e social, conforme lista:
• Econômico:
o Eficiência energética
o Uso de fontes renováveis de matéria-prima
o Uso de rejeitos com valor econômico
o Redução de gastos logísticos para destinação dos resíduos
o Abatimento nas contas de luz e de gás
o Venda de crédito de carbono
39
o Adequação à Lei de Gestão de Resíduos
o Uso de recursos de fundos de financiamento
• Ambiental:
o Redução da emissão de gases de efeito estufa
o Redução da contaminação da água e do solo
o Desenvolvimento e utilização de energia limpa e renovável
o Reuso e proteção de recursos hídricos
o Proteção de áreas de despejo
o Proteção de recursos naturais
• Social:
o Produção de conhecimento nacional, patentes, teses e dissertações
o Viabilidade de projetos educacionais e de extensão
o Contribuição para a sociedade, através da redução da proliferação de vetores
de doenças e do odor
o Capacitação de pessoal para atuar nas áreas envolvidas, como gerenciamento
de resíduos orgânicos e desenvolvimento da biotecnologia
É válido ressaltar que a questão cultural pode ser um fator limitador para a implementação
do biodigestor em diversos segmentos. Como se pode observar no Brasil, onde a tecnologia já
existe a algumas décadas e há grande potencial de utilização, ainda não é muito difundida nem
muito estudada.
40
5 CONCLUSÃO
5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS:
A Engenharia da Sustentabilidade tem um papel muito importante para contribuir com a
preservação do meio ambiente, bem como para o desenvolvimento de novas tecnologias. Essas
trazem muitos benefícios para a sociedade como um todo. Destaca-se neste trabalho a relevância
de novas tecnologias também para o meio acadêmico. Assim como em outros segmentos, para
uma universidade é importante a difusão de conhecimento e a tomada de iniciativas inovadoras.
Neste estudo, buscou-se contribuir para a melhoria de pilares estratégicos de
sustentabilidade, dando destaque para uma possível solução de tratamento dos resíduos orgânicos
com redução de passivos ambientais. Com ele, foram alcançados os seguintes resultados: a
quantidade média diária de resíduos orgânicos gerados pelo Restaurante Universitário do campus
Praia Vermelha de 40,7 kg e a produção correspondente de energia mensal real de 185,3 kWh.
Assim, através do referencial teórico e da análise dos dados apurados na pesquisa de
campo, foi constatado o potencial energética do Restaurante Universitário da Escola de
Engenharia da Universidade Federal Fluminense, mediante o uso de um biodigestor para o
tratamento dos resíduos orgânicos gerados pelo mesmo.
Este resultado ressalta a relevância de pesquisas, do âmbito da Engenharia da
Sustentabilidade, para análise de eficiência energética, gestão e tratamento de resíduos gerados
por um restaurante universitário. Haja vista que o processo analisado e sugerido pelo estudo
apresenta potencial econômico na utilização de resíduos orgânicos, que geram um custo à
Universidade para serem dispostos em aterros, bem como a possibilidade de redução de gastos
nas contas de luz, gás e ganho por meio de vendas dos créditos de carbono e uso do
biofertilizante nas hortas.
5.2 RESPOSTA ÀS QUESTÕES DA PESQUISA
A partir do objetivo e das questões propostas, empreendeu-se uma pesquisa com
referencial teórico que permitiu identificar as contribuições da Engenharia da Sustentabilidade
para a eficiência energética de um restaurante, listadas abaixo:
• Apuração da quantidade de resíduos orgânicos gerados a partir da pesquisa de campo
41
• Constatação do valor energético característico do resíduo
• Confirmação dos benefícios econômicos, sociais e ambientais do planejamento e
utilização de tal recurso e da biotecnologia de digestão
Sendo assim, possível a averiguação dos benefícios da implementação de um biodigestor
no RU da Escola de Engenharia, conforme lista a seguir por cada pilar do Triple Bottom Line:
• Econômico:
o Eficiência energética
o Uso de fontes renováveis de matéria-prima
o Uso de rejeitos com valor econômico
o Redução de gastos logísticos para destinação dos resíduos
o Abatimento nas contas de luz e de gás
o Venda de crédito de carbono
o Adequação à Lei de Gestão de Resíduos
o Uso de recursos de fundos de financiamento
• Ambiental:
o Redução da emissão de gases de efeito estufa
o Redução da contaminação da água e do solo
o Desenvolvimento e utilização de energia limpa e renovável
o Reuso e proteção de recursos hídricos
o Proteção de áreas de despejo
o Proteção de recursos naturais
• Social:
o Produção de conhecimento nacional, patentes, teses e dissertações
o Viabilidade de projetos educacionais e de extensão
o Contribuição para a sociedade, através da redução da proliferação de vetores
de doenças e do odor
o Capacitação de pessoal para atuar nas áreas envolvidas, como gerenciamento
de resíduos orgânicos e desenvolvimento da biotecnologia
5.3 SUGESTÕES DE DESDOBRAMENTO DA PESQUISA
Considerando os demais parâmetros, imprescindíveis para o entendimento sistêmico do
contexto da eficiência energética por biomassa, sugere-se, como potencial desdobramento da
pesquisa, o levantamento e análise dos parâmetros químicos e biológicos.
Outro aspecto de aprofundamento, em respeito ao método decisório adotado, seria o
emprego de técnicas com abordagem multicritério.
42
Uma alternativa ao estudo ora desenvolvido, especificamente focado em identificar o mais
adequado biodigestor a ser utilizado em um restaurante universitário com as características do
analisado, seria sua aplicação em um restaurante comum, bem como o estudo da implementação
de um biodigestor em uma residência e tecnologias para viabilização desta, visto o potencial
energético da quantidade de resíduos orgânicos gerados por uma família.
No Apêndice 1, para fins de avaliar do potencial de extrapolação do estudo, é apresentado
um piloto elaborado para aplicação em edificações residenciais. Durante o período de 14 de maio
de 2017 a 16 de junho de 2017, foi registrado a quantidade diária de resíduos orgânicos
produzidos por uma única residência familiar, composta por três adultos. O resultado obtido foi: a
produção média diária de 0,8 kg. Tomando uma edificação de 12 andares com 4 apartamentos por
andar, esta geraria 38,4 kg por dia, valor que se assemelha ao RU Praia Vermelha.
43
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49
APÊNDICE 1
Quantidade de resíduos orgânicos gerados por uma residência com três adultos
Dia Kg
1 0,3
2 1,2
3 1,1
4 1,1
5 1,1
6 0,9
7 0,3
8 0,2
9 2,0
10 1,3
11 1,2
12 1,0
13 0,9
14 0,3
15 0,2
16 1,0
17 0,5
18 1,0
19 1,2
20 1,0
21 0,3
22 0,1
23 1,4
24 1,0
25 0,9
26 1,1
27 0,8
28 0,2
29 0,2
30 1,9
31 0,8
32 0,7
33 0,2
34 0,5
Média diária 0,8 kg
Média mensal 24,6 kg
Média anual 295,4 kg