Métodos de purificação do biogás para a produção de biometano

O uso do biogás para fins energéticos tem experimentado uma significativa expansão nos últimos anos, com um crescimento de aproximadamente 87% entre 2013 e 2023. Apesar do biogás ser produzido naturalmente, a geração de biogás industrial ocorre mediante o processo de fermentação em biodigestores, que são dispositivos projetados para facilitar a fermentação anaeróbica, caracterizada pela ausência de oxigênio, de uma biomassa composta principalmente por matéria orgânica. Essa biomassa é mantida em uma câmara hermeticamente fechada com o objetivo de produzir biogás como resultado desse processo.

Após sair do biodigestor, o biogás em estado bruto contém compostos que podem impactar negativamente tanto o processamento quanto a qualidade energética do biogás, prejudicando sua eficiência. Como exemplo, o sulfeto de hidrogênio (H2S), ao entrar em contato com vapor d’água, transforma-se em ácido sulfúrico (H2SO4), um processo que pode prejudicar equipamentos e tubulações. Para prevenir esses danos, é comum a aplicação de tratamentos de remoção de enxofre e de secagem do gás, objetivando a eliminação desses componentes agressivos.

No entanto, quando se busca utilizar o biometano como alternativa ao gás natural, a remoção do dióxido de carbono (CO2) se torna a mais desejada e necessária. Para alcançar esse objetivo, o biogás passa por um processo de purificação/ beneficiamento. Tecnologia mais utilizada para a purificação de biogás, a lavagem com água sob pressão (HPWS) permite a separação por meio de uma contracorrente de água pressurizada, que absorve o dióxido de carbono.

A separação do dióxido de carbono da mistura gasosa é feita através da técnica de adsorção com modulação de pressão (Pressure Swing Adsorption - PSA), utilizando carvão ativado ou peneiras moleculares, que são bons adsorventes para CO2. O processo é feito através da oscilação da pressão, onde duas ou mais torres de adsorção operam intermitentemente. Esse processo é comumente empregado em sistemas de tratamento de biogás na Alemanha em aplicações de pequena escala, onde vários adsorvedores são usados em paralelo em quatro ciclos: adsorção, dessorção, evacuação e pressurização.

O processo de separação criogênica utiliza o princípio da liquefação de diferentes contaminantes do biogás, como CO2, H2S e outros, em temperaturas e pressões específicas. Esse processo é realizado intercalando compressão e temperaturas baixas para que ocorra a solidificação e subsequente liquefação do CO2, permitindo assim sua separação do restante dos componentes gasosos.

Na absorção química, o biogás despressurizado é colocado em contato com aminas, normalmente dietanolamina (DEA), que absorvem o dióxido de carbono. Este método proporciona uma boa qualidade do gás e pouco escape de metano, mas em contrapartida, apresenta várias limitações como a corrosão, a degradação da amina em ambientes com altas temperaturas e exposição ao oxigênio, a formação de sais termoestáveis, e a perda significativa de solvente em decorrência da alta pressão de vapor.

A Absorção física (Selexol# e Gernosob#) utiliza o conceito de lavagem através de pressão, porém, ao invés de utilizar água, uma solução de lavagem é utilizada. O método compreende três fases principais: o gás difunde em direção do líquido, dissolve-se na solução e é transportado da superfície para o interior da fase líquida. Já o processo de membrana é recente e cheio de potencial, fundamentado na separação específica de substâncias através do uso de membranas que permitem a passagem seletiva de determinados compostos. Ou seja, a separação é feita através da velocidade de difusão dos compostos presentes.

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado Purificação do biogás: influência dos parâmetros operacionais em torres de absorção, defendida por Stefani Alves Borges Santos, no Programa de Pós-graduação em Bioprodutos e Bioprocessos, da Universidade Federal de São Paulo, sob orientação da professora Andrea Komesu Sabino.