A digestão anaeróbica na agropecuária do Brasil

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https://doi.org/10.1016/j.clcb.2021.100001

as características da digestão anaeróbica na agropecuária do Brasil

Diego Durante Mühl¹

Letícia de Oliveira²

Resumo

Diante das limitações do modelo linear de produção e consumo cresce a conscientização de que é preciso desenvolver tecnologias e inovações que satisfaçam as limitações de recursos e possam respeitar limites físicos, ecossistêmicos e a sobrevivência das demais espécies. Assim surgem métodos para tratamento e reaproveitamento de resíduos e materiais que outrora eram descartados. No contexto da agropecuária a digestão anaeróbica tem condições técnicas e econômicas para ser explorada no Brasil. O propósito do atual estudo é investigar como a digestão anaeróbica está se desenvolvendo no Brasil e a sua adequação a realidade brasileira. Realizou-se uma análise estatística descritiva sobre a digestão anaeróbica na agropecuária do Brasil. O número de plantas de biogás em operação na agropecuária aumentou exponencialmente de 2003 até 2020, as plantas de digestão anaeróbica da agropecuária do Brasil são na maioria das vezes de pequeno porte e dedicadas a produção de eletricidade. É preciso estudar diferentes arranjos tecnológicos e produtivos para criar modelos de negócios viáveis adequados a realidade da agropecuária brasileira. Também é importante estudar alternativas de investimento público e privado e o retorno desses investimentos para o fomento dessas tecnologias na agropecuária do Brasil.

Palavras-chave: Economia Circular. Biogás. Gestão de Resíduos. Sustentabilidade. Recursos Energéticos.

Abstract

1 Introdução

Alguns estudos discutem limites para o crescimento populacional e econômico porquê há forte consenso de que os recursos de que os humanos dispõe são limitados (KARSTEN, 1972; MALTHUS, 2018; SOBY, 2017; SONG, 1972; WALTER, 2019). E, porque o ser humano divide o planeta com outras espécies e precisa garantir a sobrevivência dessas para garantir a sua própria sustentabilidade (COSTANZA et al., 1997; KREMEN; MILES, 2012). Emergem conceitos como sustentabilidade, economia circular, bioeconomia (GHISELLINI; CIALANI; ULGIATI, 2016; MCCORMICK; KAUTTO, 2013; TILMAN et al., 2002; ZHAI; SHANGJIE, 2010; ZHANG, 2014).

Com a emergência e consolidação desses conceitos a discussão teórica passa ter efeitos práticos e os pesquisadores começam testar tecnologias e inovações que satisfaçam as limitações de recursos e possam respeitar os limites físicos, ecossistêmicos e a sobrevivência das demais espécies. Para exemplificar essa dinâmica basta observar a discussão sobre a sustentabilidade da agricultura, as tentativas de produzir materiais e combustíveis alternativos, os métodos para tratamento e reaproveitamento de resíduos e materiais que outrora eram descartados (CHISTI, 2007; FOLEY et al., 2011; KHOSHNEVISAN et al., 2021; RAGAUSKAS et al., 2006; TILMAN et al., 2002).

Dentro dessa discussão está a agropecuária. Alguns estudos exploram o potencial e a viabilidade de sistemas de tratamento de dejetos ou discutem como desenvolver e aplicar tecnologias com o intuito de agregar valor aos resíduos, produzir energia e materiais alternativos ou simplesmente resolver um problema ambiental (DIACONO et al., 2019; DUQUE-ACEVEDO et al., 2020; KHOSHNEVISAN et al., 2021, 2021; MAGHANAKI et al., 2013; PALERMO; D’AVIGNON; FREITAS, 2014; YALDIZ, 2007).

O potencial do tratamento de resíduos é estudado em vários países e regiões como Estados Unidos, Brasil, Iram, (MAGHANAKI et al., 2013; MURRAY; GALIK; VEGH, 2017; RIBEIRO et al., 2018; SALOMON; SILVA LORA, 2009). Mas, a maioria desses estudos fazem apenas estimativas sem levar em consideração se essas tecnologias de tratamento de dejetos estão sendo implementadas de fato e qual o impacto real que as mesmas causam.

No mesmo sentido muitos estudos abordam o tema sob diferentes enfoques, seja na perspectiva da economia circular ou do sequestro de carbono, por exemplo (DONNER; GOHIER; DE VRIES, 2020; GHISELLINI; CIALANI; ULGIATI, 2016; HUA et al., 2014). Nesses diferentes enfoques existem também diferentes tecnologias para tratamento dos resíduos da pecuária (DUQUE-ACEVEDO et al., 2020; GOGATE; PANDIT, 2004; GONTARD et al., 2018; KHOSHNEVISAN et al., 2021). Algumas tecnologias se aplicam a grandes plantas como biorrefinarias e outras se aplicam a pequenas escalas de produção e podem ser implementadas nas propriedades rurais (KHOSHNEVISAN et al., 2021; PALALLO; ARDI; YUSUF, 2018; PARRALEJO et al., 2019).

A produção de biogás a partir da digestão anaeróbica tem condições técnicas e econômicas para ser explorada no Brasil (FREITAS et al., 2019). Assim o propósito do atual estudo é investigar como a digestão anaeróbica está se desenvolvendo no Brasil e sua adequação a realidade brasileira.

Compreender como a digestão anaeróbica se desenvolve na realidade do Brasil é fundamental para propor modelos de negócios sustentáveis relacionados a valorização dos resíduos agropecuários. Novas tecnologias adicionais como sistemas de dessulfurização de gases (LIM; CHO; KIM, 2021) ou o desenvolvimento de estratégias para produzir outros bioprodutos (BOHUTSKYI et al., 2016; RAPP et al., 2021) podem ser integradas as plantas de digestão anaeróbica (KHOSHNEVISAN et al., 2021). Mas para isso é preciso considerar o porte dessas unidades. Com essa caracterização será possível se concentrar no desenvolvimento de soluções populares, ou seja, que se apliquem a maioria das plantas de digestão anaeróbica da agropecuária do Brasil.

2 Metodologia

O método consiste numa análise estatística descritiva. A base de dados analisada provém da associação CiBiogás, trata-se de uma ICT – Instituição de Ciência e Tecnologia, instalada nas dependências do Parque Tecnológico Itaipu, em Foz do Iguaçu, no Paraná (NÓBREGA, 2021). Os dados dessa associação também são usados pelo ministério da agricultura pecuária e abastecimento brasileiros – MAPA para a formulação da visão estratégica do cenário de tratamento de dejetos no Brasil (MAPA, 2019; SAMPAIO, MEDEIROS, SOTTA, 2019).

Foram coletados apenas dados referentes a produção de biogás na agropecuária. A base de dados analisada ficou composta por 11 variáveis e 518 observações. Os dados são populacionais, ou seja, todas as plantas de digestão anaeróbica do Brasil devem constar na base de dados. Ver tabela 1.

Tabela 1: Variáveis e categorias

Variável	Categoria ou Unidade
Ano de início de operação	De 2003 a 2019
Produção de Biometano	Sim ou Não
Produção de Energia Elétrica	Sim ou Não
Produção de Energia Mecânica	Sim ou Não
Produção de Energia térmica	Sim ou Não
Porte da planta de produção	Pequeno, Médio ou Grande
Situação	Em operação, em implantação ou em reforma
Município	Município
Estado	Estado
Região	Sul, sudeste, centro-oeste, nordeste.
Produção de Biogás por ano	Nm³/ano

Fonte: Autor 2021 a Partir de Cibiogás

Na base de dados constam as variáveis: Ano que a planta de digestão anaeróbica começou suas atividades; Destino dado ao biogás; Situação operacional; Localização geográfica; E, a produção anual de biogás. Essas variáveis são distribuídas em categorias ou unidades conforme apresentado na tabela 1.

Antes da análise estatística foi realizada uma revisão nos dados. Foi verificada a possível ocorrência de observações inconsistentes, atípicas ou outliers. Essas observações, se verdadeiramente excepcionais devem ser descartadas do conjunto de dados quando não representam a população estudada (BARNETT; LEWIS, 1994; HAIR; BLACK; SANT’ANNA, 2000).

Na revisão duas observações atípicas foram identificadas e removidas do conjunto dos dados pois provavelmente se originaram de algum equívoco. Uma observação não estava corretamente preenchida pois no campo produção de biogás/ano constava apenas o valor “9”. A outra observação removida foi considerada um Outlier porque o dado referente a produção de biogás se encontrava há mais de três desvios padrão da média da distribuição dos dados do conjunto, por isso essa observação é atípica e não representativa da população (BARNETT, 1988; REIS et al., 2015). O outlier que foi removido pode ser visto na figura 1.

Fonte: Autor 2021 a Partir de Cibiogás

Figura 1: Presença de Outlier

A linha azul é formada por um conjunto de pontos. Cada ponto representa a capacidade de produção de biogás de uma planta de digestão anaeróbica específica, os pontos estão distribuídos em ordem crescente de acordo com a capacidade de produção de biogás das plantas de digestão anaeróbica da agropecuária. Com exceção do outlier o primeiro ponto da distribuição é referente a uma unidade que produz 7300 Nm³ de biogás por ano e o último ponto da distribuição é referente a uma unidade que produz 5.961.660 Nm³ de biogás por ano.

Como pode se observar um dos pontos se desviou significativamente dos demais. O ponto fora da curva que aparece no canto superior direito da figura foi considerado um outlier. As linhas superior e inferior representam os limites e estão situadas a uma distância de três desvios padrão da média populacional representada pela linha mais fina (BARNETT, 1988).

Quando existe um dado atípico é preciso investigar se essa observação não se trata de uma ocorrência natural da variabilidade dos dados (BARNETT; LEWIS, 1994). Investigando mais sobre essa ocorrência atípica foi constatado que a localização dessa planta de biogás está errada, foi identificado que a mesma está situada na cidade de São Paulo – SP em área urbana e portanto não pode ser da agropecuária, há provavelmente um equívoco, assim essa observação foi descartada do conjunto de dados para não causar distorções nas análises. Na tabela 1 estão as duas observações que foram removidas do conjunto de observações antes das análises estatísticas.

Tabela 2: Observações que foram excluídas das análises

Biometano

Elétrica

Mecânica

Térmica

Porte

Situação

Cat.

Mun.

Est.

Reg.

Cód.

Iniciou

Biogás/Ano

Sim

Sim’

Não’

Não’

Grande’

Em oper.

Agro.

São Paulo’

SP’

Sudeste’

659

2020

131.400.000

Não

Sim’

Não’

Não’

Pequeno’

Em oper.

Agro.

Passos’

MG’

Sudeste’

756

2020

9

Fonte: Autor 2021 a Partir de Cibiogás

As demais observações estão devidamente preenchidas e estão dentro de um intervalo aceitável para a variabilidade da distribuição. Assim foram consideradas na análise estatística descritiva o total de 516 observações.

3 Resultados

3.1 A produção de biogás no Brasil e a agropecuária

Os resultados encontrados indicam que no Brasil as dimensões das plantas de biogás de cada categoria são bastante diferentes de acordo com a origem do substrato. As estações de tratamento de resíduos urbanos – ETRU, que tratam esgoto ou resíduos sólidos urbanos, são um pequeno número de plantas com grande capacidade de processamento e produção individual de biogás. No outro extremo estão as plantas da agropecuária que são uma grande quantidade de unidades com pequena capacidade de produção individual.

De acordo com uma nota técnica publicada pela Cibiogas em janeiro de 2021, existem 675 plantas de biogás no Brasil. Dessas, 638 são dedicadas para fins energéticos, ou seja, 94% do total. Existem 37 plantas em processo de construção. O Brasil produziu em 2020 cerca de 1,83 bilhão de normal metro cúbico – Nm³, de biogás e será capaz de produzir 2,2 bilhões de Nm³ de biogás em breve, quando as plantas em processo de implantação começarem suas operações (CIBIOGAS, 2021).

Pela classificação da Cibiogás se enquadra na categoria pequeno porte a planta que produz menos de 1.000.000 Nm³ de biogás por ano; Se enquadra na categoria médio porte a planta que produz de 1.000.001 Nm³ até 5.000.000 Nm³ de biogás por ano; Se enquadra na categoria grande porte a planta que produz mais de 5.000.001 Nm³ de biogás por ano. Nesse caso, 78% das plantas de biogás do Brasil são de pequeno porte, 16% são de médio porte e apenas 6% são de grande porte (CIBIOGAS, 2021).

Para situar a produção de biogás da

Figura 2: Comparação Percentual entre Unidades de Biodigestão por Categoria e Biogás Produzido

Fonte: Autor 2021 a partir da nota técnica da Cibiogas 2021

agropecuária brasileira no cenário nacional é possível comparar percentualmente a quantidade de plantas de cada categoria com a produção de biogás de cada categoria. Assim é possível saber qual categoria tem mais unidades, onde estão as maiores ou as menores unidades e apresentar uma noção geral da tecnologia no Brasil. Aproximadamente 79% das plantas de biogás do Brasil estão na agropecuária. Mas, a agropecuária é responsável por apenas 11% do biogás produzido no Brasil. Ver figura 2.

A indústria possuí apenas 78 plantas de biogás (12% das plantas do Brasil estão na indústria). Assim, produz apenas 16% do total de biogás.

Por outro lado as ETRU são apenas 57 plantas, ou seja, apenas 9% das plantas de digestão anaeróbica do Brasil são ETRU. Mas, essas plantas produzem 73% do biogás no Brasil. Com essas observações já fica claro que as dimensões das plantas de tratamento de cada categoria são bastante diferentes.

Para sumarizar as diferenças no tamanho das plantas das três categorias pode-se observar a média simples, ou seja, o total de plantas de uma das categorias (agropecuária, indústria ou ETRU) dividido pela produção anual de biogás daquela categoria. Assim é possível observar a produção anual média de biogás das plantas das diferentes categorias. Ver figura 3.

A pr

Figura 3: Produção Anual Média de Biogás nas Diferentes Categorias

Fonte: Autor 2021 a partir da nota técnica da Cibiogas 2021

odução média de biogás das plantas da agropecuária é de 403.674 Nm³ de biogás por ano. Isso indica que a maioria das plantas que produzem biogás na agropecuária são menores que as outras plantas da indústria e das ETRUs que produzem biogás no Brasil.

A produção média de biogás da indústria é de 3.638.402 Nm³. Já a produção média de biogás das ETRU é de 23.547.754 Nm³ de biogás por ano, ou seja, está bem acima da média geral. Portanto, as ETRU são um pequeno número de plantas com grande capacidade de processamento e produção individual de biogás. No outro extremo estão as plantas de biogás da agropecuária que são uma grande quantidade de unidades com pequena capacidade de produção individual.

Essa análise indica diferenças significativas no porte das plantas de biogás de cada categoria. Há grande probabilidade de que seja preciso pensar em estratégias, soluções e tecnologias adequadas para cada categoria individualmente de acordo com o volume de biomassa ou resíduos a ser processado. As soluções tecnológicas aplicadas as ETRUs do Brasil, podem não ser adequadas para o tratamento de resíduos no contexto da agropecuária brasileira, por isso é preciso conhecer e estudar cada setor individualmente e propor soluções adequadas de acordo com o perfil de cada setor.

Adiante a discussão levará em consideração apenas as plantas de digestão anaeróbica relacionadas à agropecuária, ou seja, as 516 unidades da agropecuária que produzem apenas 11% do biogás, mas representam 79% das unidades do Brasil.

3.2 AS plantas de biogás da agropecuária do Brasil

Podemos iniciar a análise do conjunto de plantas de biogás da agropecuária do Brasil observando o porte e o crescimento das plantas de biogás.

3.2.1 O Porte das Plantas de Biogás da Agropecuária

Seguindo a classificação usada pela Cibiogás (2021) somente 1 planta de digestão anaeróbica da agropecuária é considerada de grande porte, ou seja, apenas 0,19%. Apenas 39 plantas são de médio porte e representam 7,53% do conjunto de dados analisados. Ver tabela 3³.

Tabela 3: Porte das Plantas de Biogás da Agropecuária

Porte		Unidades	Percentual
Grande (> 5.000.001 Nm³/ano)		1	0,19%
Médio (1.000.001 a 5.000.000 Nm³/ano)		39	7,53%
Pequeno	Porte 2 (500.001 a 1000.000 Nm³/ano)	71	13,71%	92,08%
	Porte 1 (< 500.000 Nm³/ano)	405	78,49%
Total		516	100%

Fonte: Autor 2021 a Partir de Cibiogás

São consideradas pequenas as plantas que produzem menos de 1000.000 Nm³ de biogás por ano. O total de 476 plantas de biogás da agropecuária são pequenas e representam 92% do conjunto. Por isso, optou-se por dividir o estrato referente as pequenas plantas, como apresentado na tabela 3, ainda assim 78% das plantas de biogás estão enquadradas na categoria pequeno, porte 1, pois produzem menos de 500.000 Nm³/ano de biogás. A figura 4 apresenta a distribuição das plantas de biogás consideradas de pequeno porte de acordo com a sua capacidade de produção.

Figura 4: Distribuição das Plantas de Acordo com a Capacidade de Produzir Biogás

Fonte: Autor 2021 a Partir de Cibiogás

Parte significativa das unidades da agropecuária (162) produz entre 150.000 até 250.000 Nm³/ano de biogás isso representa mais de 31% do total das plantas de biogás da agropecuária. As unidades de biogás da agropecuária na maioria das vezes são consideradas de pequeno porte, isso reforça uma característica da produção de biogás na agropecuária como já observado na Alemanha (DANIEL-GROMKE et al., 2018).

O desenvolvimento e o aperfeiçoamento de tecnologias voltadas para a produção de energia limpa, tratamento ou valorização de resíduos agropecuários deve levar em consideração essas características presentes na produção de biogás na agropecuária. O custo inicial e operacional de tecnologias de gestão de resíduos para agropecuária deve ser adequado ao porte dessas unidades. Estratégias de fomento, investimento público ou privado para a produção de biogás no contexto da agropecuária do Brasil devem considerar essas características da produção de biogás na agropecuária.

3.2.2 O crescimento do número de plantas de biogás na agropecuária

Nos dados resgatados constam informações a partir do ano de 2003 até o ano de 2020. Antes de 2003 existiam 6 plantas de produção de biogás na agropecuária do Brasil, em 2021 existem mais de 500 plantas em operação. A figura 5 apresenta a evolução no número de plantas de biodigestão na agropecuária do Brasil durante os anos. É preciso destacar que nesse tempo houveram marcos legais significativos e algumas linhas de financiamento começaram a fomentar o desenvolvimento da tecnologia.

Fonte: Autor 2021 a partir de Cibiogás

Figura 5: Plantas de Biogás na Agropecuária do Brasil

Em 2003 haviam 8 plantas produzindo biogás e 2 novas plantas entraram em funcionamento. Em 2011 haviam 50 plantas em atividade e mais 13 plantas começaram a operar. De 2015 até 2018 houve um crescimento significativo no setor. Em 2015 o total de 35 novas unidades começaram a operar e em 2018 o total de 128 novas unidades começaram a operar. Em 2019 e 2020 houve desaceleração, 105 novas plantas entraram em atividade em 2019 e 87 novas plantas começaram a operar em 2020.

Considerando as observações de 18 anos, de 2003 até 2020, em média entraram em operação 28 novas plantas de biogás por ano. Dividindo o período observado em duas partes iguais de 9 anos cada uma, no primeiro período de 2003 até 2011 em média 5 plantas de biogás entraram em funcionamento a cada ano, já no segundo período de 2012 até 2020, em média 51 novas plantas de biogás iniciaram suas atividades a cada ano.

A distribuição dos dados que representam as novas plantas que entraram em operação a cada ano podem ser regredidas para uma reta cuja função se aproxima de uma reta de crescimento linear, como apresentado na figura 4. O coeficiente de determinação linear (R²) encontrado para a função linear foi de 0,5866, ou seja, 58,66% das observações se ajustam a uma reta linear de crescimento. Assim é possível afirmar, com quase 60% de precisão que o número de novas plantas de biogás cresceu em progressão linear de 2003 até 2020.

Já o número de plantas operando fez uma reta de crescimento não linear, muito próxima a uma linha exponencial natural. O coeficiente de determinação para uma curva exponencial (R²) foi de 0,9828. Assim 98,28% das observações se ajustam a curva exponencial como demostrado na figura 4. Com isso podemos afirmar, com bastante precisão, que o número de plantas de digestão anaeróbica em operação teve um crescimento exponencial na agropecuária do Brasil nos últimos anos.

Embora não seja possível afirmar com certeza quais fatores foram determinantes para o crescimento da tecnologia é valido destacar que algumas linhas de financiamento ajudaram a fomentar a tecnologia e alguns marcos legais foram estabelecidos nesse período. Para alguns pesquisadores as principais barreiras para o crescimento do setor no Brasil envolvem falta conhecimento, pouco desenvolvimento tecnológico, ausência de um mercado organizado e funcional e ausência de incentivos e ferramentas de financiamento (MARIANI, 2018; VEILLEUX; MARCOS, 2011).

Por exemplo, a resolução 482/2012 da ANELL – Agência Nacional de Energia Elétrica possibilitou que o consumidor brasileiro de energia elétrica pudesse gerar sua própria energia e fornecer excedentes para a rede de distribuição de sua localidade. A partir dessa resolução as plantas de biogás da agropecuária que produzem energia elétrica podem ser conectadas a rede de distribuição local (ANEEL, 2015).

Resoluções da ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, como a 8/2015 e a 685/2017 também foram marcos importantes na regulamentação dos parâmetros de qualidade do biometano (biogás purificado) que cumprindo determinadas especificações de qualidade pode ser intercambiável com o gás natural, transportado e usado como o gás natural (ANP, 2015, 2017).

Além de alguma evolução na regulamentação o fomento a implantação da tecnologia também pode ter ajudado no crescimento da adoção da digestão anaeróbica na agropecuária do Brasil. O Programa ABC – Agricultura de Baixo Carbono do BNDES – Banco Nacional do Desenvolvimento lançado em 2010 possibilitou financiar equipamentos relativos ao tratamento de dejetos, como composteira, biodigestor e gerador de energia elétrica a biogás (BNDES, 2021; MAPA, 2021).

Portanto, a viabilidade de sistemas de valorização de resíduos depende de diversos atores que precisam se articular para criar uma nova cadeia de produtos e serviços. Essa cadeia envolve pesquisa e desenvolvimento tecnológico, regulamentação, prestadores de serviço especializado, investimento, um mercado organizado com compradores, fornecedores, logística. Com o conjunto certo de incentivos financeiros, os custos podem ser reduzidos à medida que as operações se tornam maiores e os benefícios de possíveis subsídios públicos podem retornar ao governo, aos proprietários de usinas ou aos agricultores (DA MOTTA PIRES et al., 2017).

3.2.3 Distribuição Regional das Unidades

A região sudeste do Brasil tem a maior quantidade de unidades de geração de biogás a partir de resíduos da agropecuária. O total de 246 unidades estão distribuídas entre os estados de Minas Gerais com 213 unidades, São Paulo com 30 unidades e Espirito Santo com 3 unidades. Ver figura 6.

Figura 6: Número de Plantas de Digestão Anaeróbica da Agropecuária do Brasil por Região

Fonte: Autor a partir de Cibiogás 2021

A região sul tem 158 unidades distribuídas nos estados do Paraná (87), Santa Catarina (44) e Rio Grande do Sul (27). Enquanto o centro-oeste tem 107 unidades distribuídas nos estados de Goiás (42), Mato Grosso (39), Mato Grosso do Sul (23) e Distrito Federal (3). A região Nordeste tem apenas uma unidade no estado do Ceará. E, a região Norte possuí 4 unidades no estado do Tocantins (3) e Amazonas (1).

Para situar cada estado no cenário nacional a figura 7 apresenta o percentual de unidades e produção de biogás de cada estado em relação ao total produzido pela agropecuária do Brasil. O estado de Minas Gerais tem o maior percentual de unidades no Brasil e a maior produção de biogás a partir

Figura 7: Percentual de Unidades e de Biogás de Cada estado em Relação ao Total do Brasil

Fonte: Autor 2021 A partir de Cibiogás

da agropecuária, seguido pelo estado do Paraná.

Minas Gerais tem 41% das unidades de digestão anaeróbia da agropecuária brasileira e produz cerca de 34% do biogás. O Paraná tem cerca de 17% das unidades e produz cerca de 17% do biogás. O Mato Grosso tem apenas 8% das unidades do Brasil, mas produz 16% do biogás da agropecuária do Brasil. O Estado do Mato Grosso se destaca pelo porte de suas unidades que tendem a ser maiores que o porte médio das unidades da agropecuária de outros estados.

3.2.4 A Aplicação do Biogás

A base de dados analisada possuí quatro variáveis com informações sobre o tipo de tecnologia adotada nas plantas de digestão anaeróbica. O biogás pode ser transformado de acordo com a viabilidade ou conveniência em: Biometano, energia elétrica, energia mecânica ou energia térmica. É preciso destacar que as unidades podem dar mais de um destino ao biogás. Como pode ser observado na tabela 4 existem unidades que usam o biogás em até três aplicações distintas.

Nenhuma unidade usa o biogás em quatro aplicações distintas e apenas 5 unidades (0,97%) usam o biogás em três aplicações distintas. Duas unidades produzem biometano, eletricidade e energia térmica. Outras três unidades produzem energia elétrica, mecânica e térmica. Apesar dessas várias aplicações para o biogás essas 5 unidades são de pequeno porte.

Entre as unidades com mais de uma aplicação 31 plantas de biogás (5,98%) possuem duas aplicações para o biogás. O total de 16 unidades usam o biogás como energia elétrica e térmica, 7 unidades usam o biogás como energia elétrica e mecânica, outras 6 unidades usam o biogás como energia mecânica e térmica e 2 unidades transformam o biogás em biometano e eletricidade.

Tabela 4: Uso do Biogás da Agropecuária

Uso do Biogás/Porte	Pequeno 1		Pequeno 2		Médio		Grande		Total de Unidades
Biometano+Elétrico+Térmico	1	0,25%	1	1,41%					2	0,39%
Biometano+Elétrico					1	2,60%			1	0,19%
Biometano	2	0,49%			1	2,60%			3	0,58%
Elétrico+Mecânico+Térmico	3	0,74%							3	0,58%
Elétrico+Mecânico	5	1,23%	1	1,41%	1	2,60%			7	1,36%
Elétrico+Térmico	12	2,96%	2	2,82%	2	5,10%			16	3,10%
Elétrico	360	88,67%	64	90,14%	33	84,60%			457	88,57%
Mecânico+Térmico	5	1,23%					1	100,00%	6	1,16%
Mecânico	4	0,99%			1	2,60%			5	0,97%
Térmico	13	3,20%	3	4,23%					16	3,10%
Total	406	100,00%	71	100,00%	39	100,00%	1	100,00%	516	100,00%

Fonte: Autor 2021 a Partir de Cibiogás

Pouco mais de 93% das unidades de pequeno porte aplicam o biogás para uma única finalidade. Entre as unidades de médio porte aproximadamente 90% aplicam o biogás para uma única finalidade. Porém a única unidade da agropecuária de grande porte produz energia mecânica e térmica.

Entre as unidades que usam o biogás para uma única finalidade o mais comum é a produção de energia elétrica, quase 89% das plantas transformam o biogás em energia elétrica. O uso do biogás como energia térmica é a segunda aplicação mais comum, porém já representa apenas 3% das unidades. Portanto, a principal aplicação do biogás no contexto da agropecuária é para a produção de energia elétrica.

Considerando as características da matriz energética do Brasil, gerar energia elétrica é uma das alternativas mais interessantes atualmente para as propriedades rurais do Brasil, pois muitos equipamentos nas fazendas utilizam eletricidade e além disso existe a possibilidade de adicionar a energia excedente na matriz elétrica nacional como já observado em fazendas no Brasil (FREITAS et al., 2019). Por outro, lado dependo da estrutura de determinada região é possível usar o biogás para outras finalidades, por exemplo, na Irlanda os pesquisadores argumentam que é tecnicamente e economicamente viável transformar o biogás das fazendas em biometano e adicioná-lo a extensa rede de gás natural do país (DA MOTTA PIRES et al., 2017).

Para elucidar se pode existir alguma relação entre as variáveis porte da unidade e tecnologia de transformação do biogás é possível agrupar as unidades de digestão anaeróbia de acordo com o destino dado para o biogás e verificar a produção média de biogás de cada grupo de unidades.

A produção média de biogás das unidades capazes de produzir biometano é de 1.708.686 Nm³/ano de biogás, esse valor está acima de uma média geral de 892.464 Nm³/ano de biogás calculada com todas as plantas de biogás da agropecuária. Todas as outras tecnologias de aplicação do biogás estão um pouco abaixo dessa média geral. Isso sugere que as plantas que produzem biometano normalmente são maiores que as demais. Ver figura 8.

Figura 8: Produção Média de Biogás das Unidades Agrupadas por tecnologia de Aplicação

Fonte: Autor 2021 a partir de Cibiogás

No outro extremo a produção média de biogás das plantas capazes de produzir energia térmica é de 460.026 Nm³/ano, ou seja, essa é a menor média do conjunto. Pode se deduzir que usar o biogás para geração de energia térmica ou aquecimento é mais comum entre as unidades de menor porte. Portanto, parece haver alguma relação entre o porte das unidades e o nível tecnológico adotado. É possível que unidades menores adotem tecnologias mais baratas e portanto menos sofisticadas. Mas, outras características como possibilidade de utilizar ou comercializar a energia produzida também são fatores importantes para a viabilidade das plantas de digestão anaeróbica. Transformar o biogás em biometano ou energia elétrica requer a remoção de contaminantes, principalmente o dióxido de carbono (CO2), o sulfeto de hidrogênio (H2S), o vapor de água (H2O) e outros contaminantes presentes em menores quantidades (ABATZOGLOU; BOIVIN, 2009; AWE et al., 2017; MULU; M’ARIMI; RAMKAT, 2021). Remover as impurezas do biogás para evitar a deterioração das máquinas (Geradores, motores etc.) aumenta custos de investimento e custos operacionais (AWE et al., 2017). Além disso, a maioria dos métodos comerciais para purificação do biogás são muito caros para digestores de pequena e média escala (MULU; M’ARIMI; RAMKAT, 2021). Por isso, a seleção da tecnologia apropriada para o tratamento e uso do biogás é sensível ao porte das unidades.

Em comunidades rurais de países em desenvolvimento é comum usar digestores de pequena escala para aquecimento ou até mesmo iluminação de uma única residência. Estima-se que no Nepal existam 50.000 digestores e na China cerca de 14 milhões de digestores de pequena escala (WILKINSON, 2011).

4 Considerações Finais

A maior parte dos biodigestores do Brasil estão na Agropecuária, cerca de 79% do total, porém apenas 11% do biogás produzido no Brasil provém da agropecuária, ou seja, as plantas de digestão anaeróbica da agropecuária do Brasil são na maioria das vezes de pequeno porte. Aproximadamente 31% dessas plantas produzem entre 150.000 até 250.000 Nm³/ano de biogás sendo que 78% das plantas de biogás da agropecuária do Brasil produzem menos de 500.000 Nm³/ano de biogás.

O número de plantas de biogás em operação aumentou exponencialmente de 2003 até 2020. Em 2003 haviam 8 plantas e em 2021 existem mais de 500 plantas em operação na agropecuária do Brasil. O estado de Minas Gerais registra o maior número de unidades na agropecuária, com 213 unidades e produz 34% do biogás. O Paraná é o segundo estado com 87 unidades e produz 17% do biogás.

A principal aplicação do biogás é para a produção de energia elétrica, cerca de 89% das plantas de biogás da agropecuária transformam o biogás em eletricidade. Apenas 5,98% das plantas usam o biogás para mais de uma finalidade, sendo o mais comum produzir energia elétrica e térmica. As unidades que produzem biometano tendem a ser maiores e as unidades que produzem energia térmica tendem a ser de menor porte.

Estudos futuros devem considerar a possibilidade de organizar associações, cooperativas para ganhos de escala na produção; A aplicação de tecnologias adequadas para a quantidade e tipo de biomassa a ser processada em determinada localidade ou propriedade; Arranjos regionais adequados de acordo com características da infraestrutura local, presença de gasodutos, possibilidade de compensação elétrica, venda de energia etc. Formas de financiamento público e privado e o retorno sobre esses investimentos também devem ser estudados. É preciso estudar diferentes arranjos produtivos para criar modelos de negócios viáveis. Por exemplo:

1. É possível produzir energia elétrica nas propriedades onde a biomassa é gerada e adicionar essa energia na rede elétrica. Os custos de transporte são reduzidos, mas não existem ganhos de escala e a tecnologia atual é relativamente cara para a maioria das propriedades da agropecuária.

2. É possível transportar a biomassa até uma usina onde a energia será gerada, podem ser produzidos outros produtos com valores agregados mais atrativos. Existem ganhos de escala que viabilizam a implantação de tecnologias mais sofisticadas, porém os custos operacionais aumentam com o frete da biomassa que deve ser transportada, primeiro para a usina depois de volta para as propriedades como fertilizante.

3. É possível transportar apenas o biogás. Os biodigestores poderiam ficar nas propriedades rurais e o biogás poderia ser transportado, por uma tubulação de baixa pressão, para uma central onde o biogás seria purificado e valorizado. Possibilidade de ganhos de escala e redução os custos de frete. Isso dependeria de pesquisa e desenvolvimento de tecnologias que viabilizassem essas soluções, condições regionais específicas e principalmente articulação entre diversos atores.

Esses exemplos apenas elucidam algumas possibilidades de arranjos que podem ser mais ou menos viáveis. Parecem haver muitas boas oportunidades para a pesquisa, para a inovação, para o meio ambiente e para a economia circular, ainda inexploradas nesse campo.

O desenvolvimento de novos métodos de purificação do biogás, novas técnicas para a geração e valorização de subprodutos devem levar em consideração essas características das plantas de biogás da agropecuária do Brasil. A maioria das plantas de digestão anaeróbica do Brasil são de pequeno porte e dispersas pelo território nacional, essas características não podem ser ignoradas no desenvolvimento estratégico de uma agricultura mais sustentável.

Referencias

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1 Administrador e Mestrando em Agronegócio/ Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)- diegomiihl@live.com

2 Administradora e Doutora em Agronegócios. Docente no Departamento de Economia e Relações Internacionais e no Programa de Pós-Graduação em Agronegócios/ Universidade Federal do Rio Grande do Sul - leticiaoliveira@ufrgs.br

3Também foram consideradas 9 unidades que estão em processo de implantação.