Por que considerar a energia térmica a partir do biogás?

A aplicação térmica é uma das formas de aproveitamento energético do biogás, especialmente em sistemas descentralizados e setores industriais que demandam calor contínuo. A conversão de energia química em calor ocorre por meio da combustão controlada do biogás em equipamentos como caldeiras, fornos, trocadores de calor e aquecedores diretos, com eficiências térmicas que podem ultrapassar 85%, a depender da tecnologia e do controle da operação.

No entanto, a utilização direta do biogás nestes equipamentos pode se tornar desafiadora devido à presença de sulfeto de hidrogênio (H₂S) e dióxido de carbono (CO₂), que podem comprometer a vida útil dos sistemas e a eficiência da combustão. Para garantir a viabilidade técnica e econômica dessas aplicações térmicas, é fundamental que ambos os componentes passem por tratamento prévio ou que sejam implementadas estratégias de mitigação.

O H₂S, é altamente corrosivo em ambientes quentes e úmidos, e reage com outros metais formando ácidos corrosivos que causam danos em queimadores, tubulações etocâmaras de combustão. Entretano, alguns sistemas térmicos mais robustos, especialmente caldeiras industriais, já conseguem operar com concentrações moderadas de H₂S, desde que fabricadas com materiais resistentes à corrosão, revestimentos cerâmicos e planos de manutenção frequentes. Quando há a presença de concentrações maiores, recomenda-se o uso de tecnologias de dessulfurização, como filtros de carvão ativado, biofiltros, scrubbers úmidos ou leitos de ferro oxidado.

Já o CO₂, embora não corrosivo, atua como gás inerte e diluente do metano (CH₄), reduzindo o poder calorífico do biogás. O biogás típico contém entre 50% e 70% de CH₄ e de 30% a 50% de CO₂, resultando em um Poder Calorífico Inferior (PCI) entre 19 e 25 MJ/Nm³, inferior, mas próximo ao do gás natural (próximo de 35 MJ/Nm³). Essa característica exige ajuste fino dos queimadores e maior controle da mistura ar-combustível para evitar perdas de eficiência.

Uso de Biogás para queima em caldeiras

O uso de caldeiras nas indústrias é muito comum, já que são utilizadas para aquecer água e gerar vapor utilizando a energia liberada pela combustão do gás, transformando em calor útil para processos industriais, como aquecer o ambiente, movimentar máquinas, esterilizar equipamentos e até mesmo processos de pasteurização (como o caso de indústrias alimentícias).

O uso de biogás para alimentar caldeiras já é uma realidade em muitas indústrias, mas, é necessário considerar alguns aspectos técnicos no projeto e na operação, tais como: 

• Queimadores específicos a biogás;
• Controle automático de combustão; 
• Sistemas anticorrosivos, como o uso de aço inoxidável ou ligas especiais nos componentes expostos ao gás bruto;
• purificadores de H₂S, e purgadores de condensado/filtros para evitar acúmulo de água e partículas nas linhas de gás.

Caldeiras bem projetadas para alimentação a biogás podem atingir eficiência térmica entre 80% a 88%, com baixa emissão de CO, NOx e particulados, uma vantagem significativa frente à queima de lenha ou cavaco.

Alguns exemplos onde o uso de caldeiras a biogás são vantajosas, são, por exemplo em unidades agroindustriais que tenham com alta demanda contínua de calor, e usam a lenha/cavaco para combustão, tais como:

• Indústrias de alimentos e bebidas: uso em caldeiras e secadores;
• Laticínios: aquecimento de água para higienização de equipamentos e tubulações (Clean-In-Place – CIP);
• Frigoríficos e granjas: desinfecção de ambientes e limpeza de equipamentos;
• Unidades de secagem de grãos: substituição da lenha por biogás, o que reduz emissão de material particulado e aumenta a segurança operacional.

É importante frisar que esses setores possuem alta disponibilidade de resíduos para biodigestão e demanda de energia térmica constante, configurando um cenário ideal para a aplicação do biogás para geração de energia térmica.

Em casos em que a produção de biogás não supre totalmente a demanda de calor necessária para a indústria, mas isso não prejudica diretamente a viabilidade do projeto, uma vez que há a possibilidade de trabalhar com caldeiras híbridas, alimentadas por gás e lenha. 

Normas técnicas e segurança

A utilização de biogás em sistemas térmicos deve atender a normas técnicas que garantam a segurança operacional, e dentre elas, destacam-se:

• ABNT NBR 12313 – “Instalações internas de gás combustível em propriedades residenciais, comerciais e industriais”;
• NR-13 – “Caldeiras e Vasos de Pressão”

Projetos antigos ou improvisados apresentam alto risco de acidentes como explosões, incêndios e falhas operacionais, podendo até mesmo invalidar apólices de seguro e causar prejuízos legais e financeiros. A adoção de queimadores específicos para biogás, sistemas de controle de pressão, sensores de vazamento e válvulas de segurança são indispensáveis. Além disso, interferem diretamente na eficiência energética do sistema, já que a combustão controlada pode ser de 25 a 30% mais eficiente, reduzindo a perda de calor. 

Dimensionamento e viabilidade técnico-econômica

Apesar de ser vantajosa a utilização de biogás para geração de calor é necessário ressaltar que todo projeto deve iniciar com uma análise de viabilidade técnica e econômica,  que, resumidamente deve considerar:

• Quantidade e tipo de biomassa disponível (relação Carbono/Nitrogênio);
• Análises de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) para determinar a biodegradabilidade do substrato e a composição do biogás gerado ( teores de CH4, CO2, H2S, por exemplo);
• Produção estimada de biogás (m³/dia);
• Compreender a demanda térmica necessária do empreendimento;
• Avaliar se o projeto realmente será economicamente viável (se o custo com cavaco/lenha é realmente maior do que o uso de biogás a longo prazo); 
• Escolha do sistema de queima e distribuição do calor.

Geralmente, a maioria dos projetos nesta vertente (uso para geração de calor e vapor) apresenta payback descontado entre 2 e 2,5 anos, com baixo custo de operação e manutenção, demonstrando simplicidade e robustez. O uso do biogás para geração de energia térmica representa uma alternativa possível de ser viabilizada, especialmente em um cenário de busca por descarbonização e eficiência energética. Assim como a energia elétrica, o potencial de aplicação é vasto e se adapta a todos os setores: do agro à indústria.

Cada empreendimento possui as suas particularidades, e para otimizar os benefícios, é essencial realizar análises detalhadas de viabilidade energética, tecnológica e econômica. Isso garante a escolha da alternativa mais adequada para cada projeto, sempre em conformidade com as normas técnicas de segurança e com a escolha de tecnologias de conversão compatíveis com a composição do biogás e as especificidades de cada projeto.

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Artigo desenvolvido por: Jadiane Paola Cavaler –  Consultora de projetos da Dr Biogás.

Referências consultadas.

CAMELO, A. R. S. C. Combustão do biogás e do natural com elevadas concentrações de H₂S e CO₂ em caldeira de queimador poroso. 2012. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. Disponível em: https://repositorio.ufc.br/handle/riufc/3780. Acesso em: 31 jul. 2025.
SOUZA, Samuel Nelson Melegari de. Manual de geração de energia elétrica a partir do biogás no Meio rural. 2016.
MDPI. Biogas overview: global and Brazilian perspectives. Sustainability, v. 17, n. 1, p. 321, 2024. Disponível em: https://www.mdpi.com/2071-1050/17/1/321. Acesso em: 31 jul. 2025.