Existem diferentes métodos de estimativa da quantidade de gás de aterro ou biogás gerado, desde métodos que apresentam uma aproximação grosseira, considerando somente a quantidade de resíduo sólido doméstico, disposto no aterro, até métodos que consideram a cinética de geração de biogás em função de importantes de parâmetros: condições climáticas locais, concentração de nutrientes no solo e composição do resíduo.
Algumas metodologias para estimativas teórica da produção de gás metano em locais de deposição de resíduos sólidos urbanos são encontradas na literatura. Esses métodos variam em suas considerações, em sua complexidade e na quantidade de dados de que necessitam.
Os mais conhecidos e empregados são os modelos recomendados pelo Banco Mundial, pela Agência de Proteção Ambiental Americana (USEPA) e pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC). A seguir é feita uma breve revisão sobre os referidos modelos.
Modelo recomendado pelo Banco Mundial
Conhecido como Scholl-Canyon, esse modelo é recomendado pelo Banco Mundial por ser simples, de fácil aplicação e o mais empregado pelas agências reguladoras e instituições financeiras que apoiam os projetos de aproveitamento do biogás de aterros na América do Sul.
Esse modelo baseia-se na premissa de que há uma fração constante de material biodegradável no aterro sanitário por unidade de tempo, o que se expressa a partir da seguinte equação de primeira ordem:
Em que:
QCH4 = quantidade de gás gerado durante um ano (m3/ano)
k = constante de decaimento anual de metano (ano-1)
Lo = potencial de geração de metano em peso de resíduo (m3/ kg de resíduo)
Ri = quantidade de resíduos depositados no ano “i” (kg de resíduo/ano)
t = anos após o encerramento do aterro (anos)
Modelo desenvolvido pela USEPA
Também chamado de Landfill Gas Emission Model (Landgem), foi desenvolvido pela EPA e consta na legislação federal dos EUA sobre diretrizes e regras finais para aterros sanitários ativos e encerrados. É bastante empregado, tendo sido utilizado inclusive no estudo do potencial de geração de energia nos municípios brasileiros realizado pelo Ministério do Meio Ambiente.
Esse método é recomendado para aterros sanitários ainda na fase de projeto, pois ainda não se sabe realmente qual será o fluxo anual de resíduos. Conforme CETESB/SMA (2003), esse método se divide em duas etapas: enquanto o aterro recebe resíduos e após o seu fechamento.
Enquanto o aterro está aberto, o termo de cinética e-k.c será igual a 1. Após o fechamento, esse termo de cinética deverá ser considerado. Assim, pode-se dividir essa equação em duas:
- Durante a vida útil:
- Após o fechamento do aterro
Sendo:
QCH4 = metano gerado (m3/ano);
F = fração de metano no biogás (%);
R = quantidade de resíduos depositados anualmente durante a vida útil do aterro (kg RSD/ano);
L0 = potencial de geração de biogás (m3 de biogás/kg RSD);
k = constante de decaimento (ano-1);
c = tempo decorrido desde o fechamento do aterro (ano);
t = tempo decorrido desde a abertura do aterro (anos).
Os parâmetros L0 e k são comuns a todos os modelos e considerados os mais importantes, pois refletem variações de acordo com o local, o clima e a composição dos resíduos, entre outros. A constante, taxa de geração de metano (k), representa a velocidade de decomposição biológica dos resíduos após a disposição no aterro sanitário e é influenciada pelo teor de umidade, pela disponibilidade de nutrientes, pelo pH e pela temperatura.
Os valores de k variam de 0,003, para aterros secos, a 0,21, para aterros úmidos. Estima-se que essa margem reflita as diferentes características geográficas do país e certas condições do aterro.
A constante de decaimento é função de fatores como disponibilidade de nutrientes, pH, temperatura e principalmente umidade. Os valores sugeridos para k podem variar de 0,01 ano-1 a 0,09ano-1 conforme pode ser observado na tabela D.1.
PrecipitaÇÃo anual | valores para k [ano-1] | ||
Relativamente inerte | Decomposição moderada | Decomposição alta | |
<250 mm | 0,01 | 0,02 | 0,03 |
>250 a <500 mm | 0,01 | 0,03 | 0,05 |
>500 a <1000 mm | 0,02 | 0,05 | 0,08 |
>1000 mm | 0,02 | 0,06 | 0,09 |
Tabela D.1 – Valores da constante de decaimento (k) dos resíduos sólidos dispostos em aterro sanitário.
O potencial de geração de metano (L0) representa a produção total de metano (m3 de metano por kilo de resíduos sólido). O valor de L0 é dependente da composição do resíduo e, em particular, da fração de matéria orgânica presente.
O valor de L0 é estimado com base no conteúdo de carbono do resíduo, na fração de carbono biodegradável e num fator de conversão estequiométrico. Valores típicos para esse parâmetro variam de 125 m3 de tonelada de CH4/tonelada de resíduo a 310 m3 de tonelada de CH4/tonelada de resíduo.
A maior compactação do resíduo não tem efeito direto no parâmetro de L0. No entanto, a compactação e a densidade do resíduo têm um efeito direto na massa de lixo num dado volume e, portanto, no potencial de quantidade de gás de aterro que pode ser produzido durante algum tempo, bem como nas características de desempenho dos sistemas que serão necessários para coletar o gás de aterro.