A vinhaça reúne características que ajudam a explicar por que o setor sucroenergético se tornou um dos principais ambientes para o desenvolvimento de projetos de biogás e biometano no Brasil: grandes volumes de biomassa concentrados em unidades industriais, elevada carga orgânica e demanda energética relevante dentro das próprias usinas.
À medida que esses projetos avançam para a produção de biometano em escala industrial, porém, a discussão tecnológica também precisa evoluir. O biodigestor deixa de ser apenas uma estrutura para tratamento da vinhaça e passa a ocupar uma posição central em uma planta que precisa produzir combustível com eficiência, disponibilidade e previsibilidade.
Foi esse o ponto de partida de um episódio do Dr. Biogás Podcast com Sérgio Cruz, gerente geral da Paques LATAM, sobre a aplicação de reatores anaeróbios verticais no setor sucroenergético e suas diferenças em relação às tradicionais lagoas cobertas. A conversa trouxe uma questão importante para quem está estruturando novos projetos: até que ponto a tecnologia de biodigestão interfere no custo final do metro cúbico de biometano?
Um projeto de biogás não deveria começar pela escolha do biodigestor. Disponibilidade da biomassa, vazão, carga orgânica, concentração de sólidos, temperatura, pH, sazonalidade e potencial de produção de metano precisam ser conhecidos antes da definição tecnológica. Na sequência, entram a demanda energética, a aplicação do gás e o modelo de negócio. No setor sucroenergético existe ainda uma variável particularmente importante: a safra. A vinhaça está disponível em grandes volumes durante determinado período do ano, enquanto o investimento na planta de biogás precisa ser analisado considerando muitos anos de operação. Isso transforma partida, parada, retomada do processo e operação durante a entressafra em variáveis econômicas, e não apenas operacionais.
Um dos números mais relevantes apresentados no podcast foi o tempo necessário para uma lagoa coberta atingir sua produção nominal após o início da safra. De acordo com a experiência relatada no episódio, algumas operações podem levar aproximadamente 45 dias para alcançar a vazão de projeto. Considerando uma safra de 270 dias, estamos falando de aproximadamente 16% do período operacional. Isso não significa ficar 45 dias sem produzir biogás. Existe uma curva de crescimento da produção. O problema aparece quando o projeto possui uma demanda energética que não acompanha essa curva.
Imagine uma usina que substituiu parte do diesel de sua frota por biometano. Os caminhões continuarão precisando de combustível enquanto o biodigestor estiver operando a 50%, 70% ou 90% da capacidade. Essa diferença precisa ser suprida por outra fonte e, portanto, deveria aparecer no EVTE. No reator vertical discutido no episódio, a retomada entre safras foi relatada na faixa de sete a dez dias. Se houver alimentação durante a entressafra com outra biomassa, como a torta de filtro, a transição para a vinhaça pode ocorrer de maneira ainda mais rápida. A consequência é simples: para projetos de biometano, não basta estimar quantos metros cúbicos a planta poderá produzir em condições nominais. Precisamos saber quantos metros cúbicos estarão efetivamente disponíveis ao longo do ano.
Lagoas cobertas trabalham com grandes volumes distribuídos horizontalmente. Reatores verticais concentram o processo em uma área menor e utilizam uma coluna líquida maior. Segundo os dados apresentados no podcast, o reator vertical analisado pode trabalhar com taxas de aplicação aproximadamente 3,5 a 4 vezes superiores às referências utilizadas para lagoas. Considerando também a diferença de altura, a área ocupada poderia ser até 16 vezes menor.
A redução de área é interessante, mas existe uma consequência técnica mais relevante: controle de processo. Temperatura, pH, contato entre biomassa e microrganismos, circulação do material e comportamento dos sólidos tornam-se variáveis mais difíceis de controlar à medida que trabalhamos com volumes muito grandes e dispersos. Isso importa porque uma pequena perda percentual de conversão pode parecer irrelevante quando observada no biodigestor. Aplicada sobre milhões de metros cúbicos de gás ao longo de vários anos, pode representar uma diferença econômica considerável.
Existe outra variável que raramente aparece quando duas propostas de biodigestores são comparadas apenas pelo CAPEX: o acúmulo de sólidos.
Nem todo material que entra no biodigestor será biologicamente convertido. Sólidos inertes podem se depositar progressivamente, reduzindo o volume útil do sistema. Ao longo dos anos, isso pode comprometer a capacidade de tratamento e exigir paradas para remoção mecânica. A tecnologia apresentada no podcast utiliza retirada pelo fundo e um hidrociclone para separar os sólidos inertes, retornando ao processo a fração de interesse biológico. Segundo os dados apresentados pela empresa, a eficiência de remoção dos sólidos inertes supera 95%. Isso coloca uma pergunta interessante para qualquer projeto industrial:
como estará o volume útil desse biodigestor depois de cinco, dez ou quinze anos de operação?
O desempenho do primeiro ano importa. A capacidade de manter esse desempenho ao longo da vida útil do ativo importa ainda mais.
Quando líquido e sólidos entram e deixam o biodigestor juntos, o tempo de retenção hidráulica (TRH) também limita o período disponível para degradação da matéria orgânica particulada, o problema é que as diferentes frações da biomassa não são degradadas na mesma velocidade. A matéria orgânica dissolvida pode exigir determinado tempo de retenção, enquanto parte dos sólidos voláteis precisa permanecer mais tempo no processo para que seu potencial energético seja aproveitado. Se aumentarmos todo o volume do biodigestor para atender à fração mais lenta, podemos superdimensionar o sistema hidráulico. Se reduzirmos o TRH, podemos retirar sólidos que ainda possuíam potencial de geração de metano. No conceito discutido no podcast, parte dos sólidos voláteis é separada do efluente e retorna ao reator. Com isso, o tempo de retenção dos sólidos pode ser maior que o TRH. Na prática, a engenharia passa a buscar uma pergunta mais relevante do que simplesmente “qual é o volume do biodigestor?”:
quanto do potencial energético contido nessa biomassa estamos efetivamente transformando em CH₄?
Os resultados operacionais apresentados no episódio ajudam a mostrar por que essa discussão é economicamente relevante, e segundo Sérgio Cruz, a operação acompanhada pela Paques apresentou produção na ordem de 470 a 480 Nm³ de CH₄ por tonelada de sólidos voláteis, enquanto a referência utilizada na comparação foi próxima de 400 Nm³ CH₄/tSV.
Considerando os diferentes efeitos do processo, foi relatado um ganho de aproximadamente 18% a 20% na produção de metano por tonelada de sólidos voláteis. Esse número não deve ser simplesmente transferido para qualquer projeto. Vinhaças possuem características diferentes conforme matéria-prima, processo industrial, concentração, operação da usina e diversos outros fatores. Qualquer premissa de produção precisa ser validada para a biomassa real do empreendimento. O dado é interessante principalmente pela ordem de grandeza. Em uma planta industrial, aumentar alguns pontos percentuais de recuperação de CH₄ pode representar milhões de metros cúbicos adicionais ao longo da vida útil do projeto. É exatamente por isso que comparar biodigestores apenas por CAPEX pode levar a uma decisão economicamente equivocada.
Produzir mais biogás é apenas uma parte da equação No caso apresentado, o gás produzido pelo reator vertical foi relatado com aproximadamente 63% de CH₄, enquanto a referência utilizada para algumas lagoas ficou próxima de 58%. Uma das explicações discutidas foi a maior coluna líquida do reator vertical e seu efeito sobre a solubilização do CO₂.
Para uma planta de biometano, essa diferença interessa porque o biodigestor não termina onde começa a tubulação de biogás. O gás bruto será enviado ao tratamento e posteriormente ao upgrading. Alterar sua composição significa alterar também o balanço de massa que chega à purificação, com possíveis reflexos sobre dimensionamento, consumo energético e desempenho. Por isso, uma planta de biometano deveria ser analisada como um único sistema:
biomassa → biodigestão → tratamento do biogás → upgrading → compressão → armazenamento ou transporte → consumo.
O ganho ou a perda de eficiência em uma etapa repercute nas demais estapas subsequentes do processo.
A sazonalidade da vinhaça abre outra discussão importante: o que fazer durante a entressafra?
Segundo a tecnologia apresentada no episódio, o mesmo reator pode receber vinhaça, torta de filtro ou uma combinação das duas, respeitando os limites operacionais e de concentração de sólidos. Isso cria uma possibilidade interessante: utilizar predominantemente vinhaça durante a safra e empregar torta de filtro para manter carga orgânica e produção durante a entressafra, que seria tecnicamente possível, entretanto, não significa automaticamente economicamente viável.
A torta de filtro já possui utilização agronômica dentro da usina. Para direcioná-la ao biodigestor será necessário considerar movimentação, preparação, alimentação e, dependendo da estratégia, armazenamento, portanto, antes de assumir essa rota no projeto, o EVTE precisa responder três perguntas: quanto custa disponibilizar a torta para biodigestão, quanto metano adicional será produzido e quanto vale essa molécula no modelo de negócio da usina?
Essa talvez seja a provocação mais importante para quem compara tecnologias.
Segundo os valores apresentados durante o podcast, a configuração com reatores verticais pode apresentar um CAPEX aproximadamente 10% a 15% superior ao de uma solução baseada em lagoa coberta. Se a análise terminar nessa linha da planilha, a decisão parece simples.
Só que o investidor não recebe receita pelo metro cúbico de biodigestor construído. Ele recebe valor pela energia produzida. e é justamente por isso, que um EVTE precisa incorporar produção anual efetiva de CH₄, ramp-up da safra, disponibilidade, consumo energético, produtos químicos, mão de obra, manutenção, perdas de metano, intervenções ao longo da vida útil e todos os demais custos necessários para colocar a molécula disponível no ponto de consumo ou comercialização. Após essa análise e, somente após ela, é que podemos descobrir qual tecnologia efetivamente apresenta o menor custo.
Existe ainda uma variável que merece mais espaço nos estudos de viabilidade: previsibilidade.
Uma planta pode apresentar uma excelente TIR na modelagem financeira e ainda assim não entregar o resultado esperado se a operação real não reproduzir as premissas utilizadas no projeto. Para uma planta que simplesmente aproveita internamente o biogás, alguma variação pode ser absorvida. Para uma operação com upgrading, frota dedicada ao biometano ou contrato de fornecimento, a consequência pode ser bem diferente. Produzir menos gás que o previsto pode significar menor utilização do upgrading, compra de combustível complementar, redução de receita ou dificuldade para cumprir compromissos comerciais. Por isso, disponibilidade e estabilidade da produção precisam receber valor econômico dentro do EVTE.
Uma alternativa interessante para projetos com maior aversão ao risco é a implantação modular: iniciar com parte da capacidade, gerar dados reais durante uma safra e utilizar essas informações para estruturar as expansões seguintes.
Não existe uma resposta universal. Uma lagoa coberta pode continuar sendo uma excelente solução em determinados projetos. CSTRs podem apresentar vantagens em outras condições. Reatores verticais podem justificar um CAPEX maior quando eficiência de conversão, área disponível, comportamento dos sólidos, velocidade de partida e previsibilidade possuem maior peso no modelo econômico.
A engenharia está justamente em identificar onde cada solução faz sentido. Por isso, antes de escolher o biodigestor, um projeto deveria responder: qual biomassa está disponível? Em que quantidade e durante quanto tempo? Quanto metano conseguimos recuperar? Como essa energia será utilizada? Qual disponibilidade o negócio exige? E qual retorno o investimento precisa entregar?
Somente depois dessas respostas faz sentido comparar tecnologias. A expansão do biometano no setor sucroenergético tende a tornar essa análise cada vez mais importante. A vinhaça deixa de ser vista apenas como um efluente com potencial energético e passa a alimentar uma planta industrial de produção de combustível. E uma planta de combustível precisa entregar molécula com custo, qualidade e previsibilidade. No fim, talvez o melhor indicador para comparar duas tecnologias não seja o CAPEX do biodigestor nem seu volume instalado.
Assista ao episódio completo:
Sobre a Dr. Biogás
Então se você está precisando de ajuda com o seu projeto, ou buscando se capacitar para atuar neste mercado,