Comparação entre tecnologias de aproveitamento energético de resíduos sólidos urbanos e balanço de emissões de gases de efeito estufa no município do Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Palermo, Giuseppe Cernicchiaro; Branco, David Alves Castelo; Freitas, Marcos Aurélio Vasconcelos

doi:10.1590/S1413-41522020192384

Giuseppe Cernicchiaro Palermo ^* * Autor correspondente: giuseppecp@gmail.com

Universidade Federal do Rio de Janeiro - Rio de Janeiro (RJ), Brasil.

https://orcid.org/0000-0003-1736-9827

David Alves Castelo Branco

Universidade Federal do Rio de Janeiro - Rio de Janeiro (RJ), Brasil.

https://orcid.org/0000-0002-9053-7033

Marcos Aurélio Vasconcelos Freitas

Universidade Federal do Rio de Janeiro - Rio de Janeiro (RJ), Brasil.

https://orcid.org/0000-0002-9242-1288

* Autor correspondente: giuseppecp@gmail.com

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Figura 1 -
Hierarquia de prioridade para o gerenciamento de resíduos sólidos, segundo a Diretiva-Quadro sobre Resíduos da União Europeia, comparada com a hierarquia estabelecida na Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS).

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Figura 2 -
Fluxograma com as principais etapas de pesquisa desenvolvidas no presente trabalho.

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Tabela 1 -
Balanço de emissões de gases de efeito estufa da situação atual dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, derivadas da queima em flares de gás de lixo (GDL) (sem recuperação energética) no período de 2006 a 2014.

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Tabela 2 -
Potenciais calorífico (GWh.ano^-1) e de geração de energia elétrica (GWhe.ano^-1) do gás de lixo (GDL) com recuperação energética dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 3 -
Balanço de emissões de gases de efeito estufa derivadas da queima de gás de lixo (GDL) com recuperação energética dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 4 -
Potenciais calorífico (GWh.ano^-1) e de geração de energia elétrica (GWhe.ano^-1) derivados da biodigestão anaeróbica da parcela orgânica dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 5 -
Balanço de emissões de gases de efeito estufa derivadas da biodigestão anaeróbica da parcela orgânica dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 6 -
Potenciais calorífico (GWh.ano^-1) e de geração de energia elétrica (GWhe.ano^-1) derivados da incineração dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 7 -
Balanço de emissões de gases de efeito estufa derivadas da incineração dos resíduos sólidos urbanos coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 8 -
Indicadores médios de intensidade de carbono para a geração potencial de energia elétrica (t CO₂eq.MWhe^-1) nos três cenários considerados para o município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Tabela 9 -
Indicadores de intensidade de carbono para a geração de energia elétrica (t CO₂eq.MWhe^-1) no Brasil, por tipo de combustível utilizado, para o ano de 2015.

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Anexo 1 -
Massas totais (kt) de resíduos sólidos urbanos (domiciliares + públicos) coletados no município do Rio de Janeiro, no período de 2006 a 2014.

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Anexo 2 -
Valores calculados para a composição gravimétrica ajustada (%) para os resíduos sólidos urbanos (domiciliares + públicos) coletados no município do Rio de Janeiro, por área de planejamento, no período de 2006 a 2014.

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Anexo 3 -
Massas totais (kt) de resíduos sólidos urbanos (domiciliares + públicos) coletados no município do Rio de Janeiro, por tipologia e por área de planejamento, no período de 2006 a 2014.

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(1)

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(2)

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(3)

Área de planejamento	Flaring de GDL (sem recuperação energética)		Aterro sanitário (GDL não capturado)	Balanço
Área de planejamento	(t CH₄.ano^-1)	(t N₂O.ano^-1)	(t CH₄.ano^-1)	(Mt CO₂eq.ano^-1)
AP I	0,42	0,04	11.323,55	0,238
AP II	0,83	0,08	22.386,82	0,470
AP III	2,16	0,22	58.428,81	1,227
AP IV	0,72	0,07	19.571,65	0,411
AP V	1,39	0,14	37.766,43	0,793
Total	5,52	0,55	149.477,26	3,139

Área de planejamento	Potencial calorífico do GDL (GWh.ano^-1)	Potencial de geração de energia elétrica a partir do GDL (GWhe.ano^-1)
AP I	121,00	30,25
AP II	226,63	56,66
AP III	578,62	144,66
AP IV	180,94	45,24
AP V	348,71	87,18
Total	1.455,91	363,98

Área de planejamento	Queima de GDL (com recuperação energética)		Aterro sanitário (GDL não capturado)	Deslocamento de demanda do grid	Balanço
Área de planejamento	(t CH₄.ano^-1)	(t N₂O.ano^-1)	(t CH₄.ano^-1)	(t CO₂.ano^-1)	(Mt CO₂eq.ano^-1)
AP I	0,42	0,04	11.323,55	-1.625,62	0,236
AP II	0,83	0,08	22.386,82	-3.218,60	0,467
AP III	2,16	0,22	58.428,81	-8.360,46	1,219
AP IV	0,72	0,07	19.571,65	-2.990,01	0,408
AP V	1,39	0,14	37.766,43	-5.598,62	0,788
Total	5,52	0,55	149.477,26	-21.793,30	3,118

Área de planejamento	Potencial calorífico (GWh.ano^-1)	Potencial de geração de energia elétrica (GWhe.ano^-1)
AP I	119,05	29,76
AP II	214,79	53,70
AP III	587,22	146,81
AP IV	178,90	44,73
AP V	369,11	92,28
Total	1.469,08	367,27

Área de planejamento	Biodigestão anaeróbica		Aterro sanitário (GDL não capturado)	Deslocamento de demanda do grid	Balanço
Área de planejamento	(t CH₄.ano^-1)	(t N₂O.ano^-1)	(t CH₄.ano^-1)	(t CO₂.ano^-1)	(Mt CO₂eq.ano^-1)
AP I	0,43	0,04	5.113,07	-1.657,18	0,106
AP II	0,81	0,08	11.211,13	-3.141,69	0,232
AP III	2,23	0,22	26.026,19	-8.626,09	0,538
AP IV	0,73	0,07	9.269,53	-2.972,29	0,192
AP V	1,49	0,15	15.215,10	-5.933,38	0,314
Total	5,69	0,57	66.835,02	-22.330,64	1,382

Área de planejamento	Potencial calorífico (GWh.ano^-1)	Potencial de geração de energia elétrica (GWhe.ano^-1)
AP I	691,78	96,85
AP II	1.320,76	184,91
AP III	3.221,25	450,98
AP IV	1.051,27	147,18
AP V	1.853,00	259,42
Total	8.138,07	1.139,33

Área de planejamento	Incineração			Deslocamento de demanda do grid	Balanço
Área de planejamento	(t CO₂.ano^-1)	(t CH₄.ano^-1)	(t N₂O.ano^-1)	(t CO₂.ano^-1)	(Mt CO₂eq.ano^-1)
AP I	112.369,42	71,35	9,51	-5.308,93	0,112
AP II	231.929,50	146,59	19,54	-10.840,06	0,230
AP III	565.820,33	363,58	48,48	-26.724,23	0,562
AP IV	207.316,04	128,13	17,08	-10.083,99	0,205
AP V	331.159,65	221,48	29,53	-16.595,58	0,328
Total	1.448.594,93	931,13	124,15	-69.552,79	1,437

Queima de GDL com recuperação energética		Biodigestão anaeróbica		Incineração
Combustão + aterro	Combustão	Combustão + aterro	Combustão	Incineração
(t CO₂eq.MWhe^-1)
8,191	7,488 × 10^-4	3,552	7,488 × 10^-4	1,248

Tipo de combustível	Emissões da geração elétrica (t CO₂.MWhe^-1)
Gás natural	0,396
Derivados de petróleo*	0,846
Carvão mineral	1,055

Área de planejamento	Massa total (kt)
Área de planejamento	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
AP I	225,87	195,24	212,33	186,58	205,62	262,02	214,11	211,53	209,56	213,65
AP II	416,43	411,98	416,61	415,31	423,21	475,72	450,86	440,12	405,18	428,38
AP III	1.116,32	1.103,17	1.062,84	1.025,66	1.050,36	1.226,42	1.085,63	1.118,25	1.029,28	1.090,88
AP IV	364,55	382,09	382,81	388,51	406,72	185,44	438,30	428,23	423,91	377,84
AP V	666,87	731,15	763,86	675,22	708,64	542,55	746,18	766,43	738,27	704,35
Total	2.790,03	2.823,62	2.838,45	2.691,28	2.794,56	2.692,16	2.935,07	2.964,56	2.806,19	2.815,10

Tipologia	Gravimetria AP I (%)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	13,53	14,90	17,18	15,95	17,65	14,72	16,57	19,11	14,07	15,97
Plástico	14,94	18,61	18,93	18,86	17,30	18,96	19,69	19,43	21,89	18,73
Vidro	2,10	2,81	3,58	2,58	2,61	3,19	2,95	3,42	3,84	3,01
Metal	1,83	1,70	1,62	1,56	1,26	1,64	1,49	1,82	1,61	1,61
Matéria orgânica	62,32	58,66	55,45	56,40	58,15	55,89	54,80	52,02	54,72	56,49
Inerte total	1,34	0,65	0,98	1,74	1,15	2,91	2,09	1,19	0,96	1,45
Madeira	0,30	0,30	0,23	0,41	0,23	0,45	0,36	0,63	0,48	0,38
Borracha	0,38	0,16	0,17	0,11	0,09	0,19	0,12	0,25	0,08	0,17
Pano - trapo	2,87	1,88	1,69	1,98	1,48	1,93	1,81	2,08	1,85	1,95
Couro	0,40	0,34	0,17	0,41	0,09	0,12	0,12	0,05	0,50	0,24
Tipologia	Gravimetria AP II (%)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	16,88	15,81	17,17	19,11	18,86	18,74	18,67	20,66	17,71	18,18
Plástico	14,59	16,92	20,61	21,28	20,29	19,96	19,78	19,64	20,79	19,32
Vidro	3,78	4,03	3,10	4,12	3,64	3,15	3,89	4,18	4,65	3,84
Metal	1,74	1,59	1,54	1,86	1,46	1,62	1,56	1,74	1,97	1,67
Matéria orgânica	59,98	59,25	54,33	50,11	52,22	52,69	51,33	50,47	51,08	53,50
Inerte total	1,07	0,92	1,14	1,82	1,78	1,36	2,49	1,12	1,75	1,49
Madeira	0,32	0,30	0,21	0,17	0,19	0,21	0,42	0,45	0,15	0,27
Borracha	0,17	0,11	0,11	0,08	0,13	0,29	0,10	0,09	0,12	0,13
Pano - trapo	1,34	0,97	1,54	1,36	1,30	1,75	1,63	1,48	1,52	1,43
Couro	0,14	0,10	0,25	0,09	0,12	0,23	0,14	0,21	0,27	0,17
Tipologia	Gravimetria AP III (%)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	14,84	15,73	15,96	16,57	15,95	17,49	15,24	15,76	15,13	15,85
Plástico	14,57	16,57	19,22	20,18	18,20	19,25	18,81	18,77	20,79	18,49
Vidro	2,72	2,76	2,46	2,52	2,79	3,25	2,83	2,59	2,63	2,73
Metal	1,63	1,56	1,62	1,76	1,46	1,79	1,49	1,48	1,51	1,59
Matéria orgânica	63,59	60,34	57,09	54,98	57,66	53,65	57,51	56,64	54,97	57,38
Inerte total	0,65	0,48	1,13	1,23	1,43	1,48	1,67	1,80	1,70	1,29
Madeira	0,28	0,53	0,32	0,39	0,36	0,40	0,22	0,43	0,39	0,37
Borracha	0,36	0,19	0,30	0,24	0,35	0,28	0,30	0,25	0,23	0,28
Pano - trapo	1,33	1,67	1,63	1,92	1,62	2,21	1,66	1,88	2,11	1,78
Couro	0,04	0,20	0,27	0,21	0,17	0,21	0,27	0,39	0,54	0,25
Tipologia	Gravimetria AP IV (%)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	18,17	14,85	16,13	14,50	17,38	17,95	16,27	17,60	17,73	16,73
Plástico	16,65	18,12	19,19	20,55	20,86	19,69	20,41	19,62	20,87	19,55
Vidro	3,41	3,49	4,10	3,61	3,50	5,60	4,44	5,05	5,17	4,26
Metal	1,65	1,68	1,66	1,70	1,56	2,11	1,78	1,90	1,86	1,77
Matéria orgânica	57,25	58,94	56,17	55,86	53,91	50,02	52,70	51,58	50,37	54,09
Inerte total	0,80	0,81	0,82	1,37	0,57	2,61	2,27	1,61	1,04	1,32
Madeira	0,43	0,40	0,28	0,36	0,64	0,28	0,34	0,67	0,49	0,43
Borracha	0,27%	0,25%	0,15%	0,33%	0,11%	0,17%	0,15%	0,27%	0,23%	0,21%
Pano - trapo	1,34%	1,37%	1,31%	1,54%	1,28%	1,49%	1,50%	1,55%	1,95%	1,48%
Couro	0,02%	0,11%	0,19%	0,18%	0,19%	0,07%	0,15%	0,15%	0,31%	0,15%
Tipologia	Gravimetria AP V (%)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	11,42	12,12	14,57	14,11	14,77	15,07	14,90	14,58	12,93	13,83
Plástico	14,08	17,04	17,75	20,09	19,58	18,64	18,57	2,57	22,73	16,78
Vidro	1,88	2,03	2,28	2,05	2,48	2,48	2,81	18,16	2,46	4,07
Metal	1,48	1,48	1,52	1,69	1,24	1,60	1,58	1,56	1,45	1,51
Matéria orgânica	67,73	62,71	60,37	58,83	58,17	57,16	56,77	57,88	55,54	59,46
Inerte total	0,62	1,07	0,97	0,62	1,26	1,58	2,28	1,28	1,15	1,20
Madeira	0,38	0,29	0,29	0,37	0,23	0,43	0,38	0,47	0,35	0,35
Borracha	0,43	0,33	0,27	0,30	0,25	0,35	0,26	0,67	0,44	0,37
Pano - trapo	1,98	2,67	1,74	1,79	1,87	2,38	2,20	2,47	2,51	2,18
Couro	0,00	0,27	0,24	0,14	0,15	0,30	0,27	0,37	0,45	0,24

Tipologia	Massa AP I (kt)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	30,56	29,09	36,48	29,77	36,30	38,56	35,48	40,42	29,48	34,02
Plástico	33,74	36,33	40,19	35,18	35,57	49,68	42,15	41,10	45,87	39,98
Vidro	4,75	5,48	7,60	4,81	5,37	8,37	6,32	7,23	8,05	6,44
Metal	4,13	3,33	3,44	2,91	2,58	4,29	3,19	3,85	3,37	3,45
Matéria orgânica	140,75	114,52	117,74	105,23	119,56	146,43	117,34	110,04	114,67	120,70
Inerte total	3,02	1,28	2,08	3,25	2,37	7,63	4,47	2,52	2,01	3,18
Madeira	0,67	0,59	0,49	0,76	0,48	1,19	0,77	1,33	1,01	0,81
Borracha	0,86	0,31	0,36	0,21	0,18	0,50	0,26	0,53	0,17	0,37
Pano - trapo	6,48	3,66	3,59	3,69	3,04	5,05	3,87	4,40	3,88	4,18
Couro	0,91	0,66	0,36	0,77	0,18	0,32	0,26	0,11	1,05	0,51
Tipologia	Massa AP II (kt)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	70,30	65,13	71,53	79,35	79,81	89,16	84,17	90,93	71,74	78,01
Plástico	60,75	69,72	85,85	88,37	85,87	94,98	89,17	86,44	84,24	82,82
Vidro	15,74	16,59	12,93	17,11	15,40	14,99	17,54	18,37	18,82	16,39
Metal	7,26	6,54	6,41	7,74	6,18	7,70	7,01	7,64	7,96	7,16
Matéria orgânica	249,76	244,11	226,35	208,11	221,02	250,66	231,44	222,13	206,96	228,95
Inerte total	4,46	3,78	4,74	7,55	7,54	6,47	11,21	4,91	7,09	6,42
Madeira	1,31	1,25	0,86	0,70	0,79	0,98	1,88	1,98	0,61	1,15
Borracha	0,70	0,43	0,47	0,32	0,56	1,37	0,45	0,37	0,49	0,58
Pano - trapo	5,57	4,01	6,43	5,66	5,51	8,33	7,33	6,51	6,16	6,17
Couro	0,57	0,42	1,04	0,39	0,52	1,08	0,65	0,90	1,09	0,74
Tipologia	Massa AP III (kt)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	165,69	173,49	169,61	169,99	167,58	214,47	165,49	176,20	155,75	173,14
Plástico	162,61	182,78	204,32	206,94	191,19	236,12	204,23	209,93	214,02	201,35
Vidro	30,34	30,41	26,14	25,80	29,30	39,85	30,67	29,00	27,06	29,84
Metal	18,23	17,20	17,18	18,10	15,30	21,91	16,19	16,51	15,56	17,35
Matéria orgânica	709,81	665,67	606,78	563,89	605,64	657,94	624,39	633,34	565,84	625,92
Inerte total	7,22	5,29	12,03	12,62	14,98	18,21	18,16	20,17	17,45	14,01
Madeira	3,14	5,80	3,42	3,98	3,83	4,85	2,39	4,85	4,00	4,03
Borracha	4,05	2,08	3,21	2,45	3,69	3,45	3,20	2,80	2,40	3,04
Pano - trapo	14,83	18,37	17,28	19,73	17,02	27,08	18,02	21,06	21,75	19,46
Couro	0,40	2,16	2,88	2,15	1,83	2,54	2,88	4,36	5,56	2,75
Tipologia	Massa AP IV (kt)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	66,26	56,74	61,75	56,32	70,68	33,29	71,33	75,37	75,14	62,99
Plástico	60,70	69,24	73,46	79,82	84,84	36,51	89,45	84,02	88,47	74,06
Vidro	12,43	13,32	15,70	14,02	14,22	10,39	19,44	21,63	21,89	15,89
Metal	6,03	6,40	6,35	6,62	6,35	3,92	7,79	8,14	7,88	6,61
Matéria orgânica	208,72	225,22	215,03	217,03	219,28	92,77	230,97	220,88	213,52	204,82
Inerte total	2,91	3,09	3,14	5,34	2,34	4,85	9,96	6,89	4,41	4,77
Madeira	1,56	1,52	1,07	1,39	2,61	0,52	1,47	2,87	2,06	1,67
Borracha	0,97	0,94	0,57	1,26	0,43	0,31	0,64	1,16	0,95	0,80
Pano - trapo	4,89	5,24	5,01	5,99	5,21	2,75	6,59	6,64	8,27	5,62
Couro	0,09	0,40	0,73	0,72	0,79	0,12	0,65	0,64	1,29	0,60
Tipologia	Massa AP V (kt)
Tipologia	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	Média anual
Papel - papelão	76,15	88,62	111,27	95,30	104,67	81,77	111,16	111,72	95,44	97,35
Plástico	93,89	124,61	135,56	135,63	138,75	101,15	138,57	19,67	167,79	117,29
Vidro	12,53	14,81	17,42	13,86	17,60	13,46	20,96	139,16	18,14	29,77
Metal	9,84	10,82	11,64	11,38	8,76	8,68	11,76	11,93	10,69	10,61
Matéria orgânica	451,69	458,54	461,14	397,21	412,18	310,14	423,57	443,58	410,02	418,67
Inerte total	4,11	7,81	7,44	4,20	8,96	8,57	17,03	9,84	8,51	8,50
Madeira	2,53	2,12	2,25	2,52	1,61	2,32	2,82	3,60	2,60	2,49
Borracha	2,90	2,41	2,06	2,06	1,80	1,89	1,90	5,14	3,23	2,60
Pano - trapo	13,21	19,51	13,26	12,12	13,26	12,91	16,38	18,93	18,51	15,34
Couro	0,03	1,96	1,80	0,94	1,06	1,65	2,03	2,86	3,32	1,74

[1] * Autor correspondente: giuseppecp@gmail.com

Brasil

Brasil

Comparação entre tecnologias de aproveitamento energético de resíduos sólidos urbanos e balanço de emissões de gases de efeito estufa no município do Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Comparison between energy recovery technologies for municipal solid waste and greenhouse gas emissions balance in the city of Rio de Janeiro, RJ, Brazil

RESUMO