O CESAM, unidade de investigação da Universidade de Aveiro com estatuto de Laboratório Associado, tem por missão desenvolver investigação fundamental e aplicada para soluções sustentáveis nas Ciências do Ambiente e do Mar. Organiza se em três Linhas Temáticas e seis Clusters de Investigação; este artigo insere se na Linha «Sistemas Socioecológicos e Recursos» e no Cluster 6 – “Economia Circular, Otimização dos Recursos e Energia”, dedicado à transição para modelos circulares e à eficiência no uso de recursos e energia. Aqui, os investigadores Flávio Silva, Helena Nadais e Luis Tarelho realçam um aspeto menos visível dessa atividade, ao abordar o biometano como vetor e combustível dessa (bio)economia circular.
O biometano é o produto maioritário da digestão anaeróbia tradicionalmente utilizada no tratamento de biorresíduos. É um gás combustível de origem 100% renovável, e constitui uma solução baseada na natureza que fecha ciclos materiais e energéticos: converte carbono biogénico em energia reduzindo emissões difusas, e permite devolver nutrientes ao solo através da aplicação do digestato (fase sólida remanescente do processo de digestão anaeróbia). Além disso, esta abordagem permite valorizar recursos endógenos (biomassa) enquanto contribui para o reforço da segurança energética. A investigação científica recente sublinha a sua maturidade tecnológica e aceitação pública, mas também a necessidade de consolidar cadeias logísticas e desenvolver roteiros estratégicos que sejam atrativos a investidores e operadores.
Porquê agora
No âmbito das políticas europeias – Diretiva-Quadro de Resíduos1 e revisão da Diretiva de Energias Renováveis2 – têm vindo a privilegiar-se a circularidade de recursos, a hierarquia de uso em cascata da biomassa e o alargamento das obrigações de Garantias de Origem aos combustíveis renováveis, em particular nos sectores económicos que são difíceis de electrificar (indústria intensiva em gás, calor de processo e mobilidade pesada). Também a iniciativa RePowerEU3 estabelece a ambição de 35 mil milhões de m3 de biometano até 2030, tendo por base as restrições de importação de ativos energéticos russos, e aproveitando as oportunidades do potencial de biogás que é passível de ser produzido e utilizado no espaço europeu, a expansão da recolha de biorresíduos e a adoção da digestão anaeróbia como meio de excelência nesta transição energética.
Em Portugal, cerca de 99% do consumo nacional de gás em 2024 foi gás natural liquefeito, produto de origem fóssil, descarregado no Porto de Sines, cerca de 80% do qual com proveniência da Nigéria e dos Estados Unidos da América.4 Este facto sublinha a necessidade de encontrar alternativas locais e mais sustentáveis para reduzir a dependência externa e a pegada ambiental associada ao transporte. O Plano de Acção para o Biometano (PAB 2024-2040)5 aponta metas de substituição de aproximadamente 9% do consumo de gás natural por biometano em 2030, e de aproximadamente 19% em 2040, por via de injeção na rede e compra centralizada, promovendo ainda a valorização do digestato como fertilizante. De acordo com este plano, existe um potencial técnico-económico estimado para 2030 de 2,7 TWh (cerca de 9% do consumo de gás natural projetado para aquele ano), e que poderá ser obtido por reconversão e ampliação de unidades existentes de digestão anaeróbia (0,6 TWh), implementação de novas unidades (1,8 TWh) e aplicação de tecnologias avançadas tais como processos de gasificação de biomassa florestal e metanação (0,3 TWh). Com toda a propriedade, a digestão anaeróbia afirma-se como preponderante neste desiderato estratégico.
Solução baseada na natureza
A aplicação da digestão anaeróbia teve início no século XIX, quando se começou a recuperar biogás de lamas e efluentes urbanos para iluminação pública. Ao longo das décadas, a digestão anaeróbia tem-se consolidado como tecnologia de tratamento e estabilização de uma grande variedade de resíduos orgânicos (ver Infografia 1). Ainda no advento do conceito de Economia Circular, a digestão anaeróbia evoluiu de solução de tratamento e estabilização de resíduos para uma tecnologia de biorrefinaria, orientada para o fabrico de produtos com elevado valor-acrescentado: vetores energéticos (metano e hidrogénio), precursores químicos (ácidos orgânicos voláteis) e produtos com potencial para aplicação agronómica devido ao seu valor nutricional (digestato). Esta conversão de carbono biogénico em valor-acrescentado é também uma transição política integrada nas cadeias territoriais da Economia Circular.
Do ponto de vista técnico, a digestão anaeróbia é uma sequência de reações bioquímicas levadas a cabo por comunidades de microrganismos anaeróbios, sob ambiente redutor, que convertem sequencialmente o carbono complexo contido nos resíduos orgânicos em formas mais simples até ao produto final, o biogás (uma mistura de metano, dióxido de carbono e outros componentes residuais). As etapas sequenciais consistem em: hidrólise; fermentação acidogénica; acetogénese/homoacetogénese; β-oxidação sintrófica; e metanogénese (ver Infografia 2). Estas etapas coexistem no mesmo espaço – um reator biológico – e beneficiam das vantagens que a biodiversidade traz à natureza, neste caso, também à microescala. As várias comunidades microbianas são fisiologicamente diferentes e sensíveis a ótimos ambientais distintos, mas operam em sintrofia, partilhando os intermediários químicos de cada etapa. O desempenho geral desta sequência é delicado e depende do controlo delicado das variáveis operacionais (temperatura, mistura, tempo de residência, pH, toxicidade da matéria-prima, etc.), mas também – e sobretudo – da natureza e da sazonalidade dos substratos submetidos ao processo de digestão anaeróbia (biorresíduos).
A investigação científica fundamental tem trazido importantes avanços à compreensão do processo, nomeadamente à determinação das condições ótimas em que cada comunidade microbiana pode operar perante um determinado substrato, visando maximizar a sua conversão em biogás. Por outro lado, cabe a engenharia (investigação aplicada) determinar e adaptar as melhores configurações operacionais em função da natureza, disponibilidade e sazonalidade do biorresíduo à escala real. Tratando-se de um processo estritamente microbiológico, a sua estabilidade é proporcional às condições de partida. À escala real, muitas coisas podem correr mal no terreno (ver Infografia 3).
Virtualmente, qualquer resíduo orgânico é passível de conversão em biometano. Exemplos de biorresíduos com bom potencial metanogénico incluem: a fração orgânica dos resíduos urbanos, abundante mas desafiante devido à fraca implementação da recolha seletiva ao nível municipal; os resíduos alimentares do sector HORECA, muito biodegradáveis e ideais para codigestão; as lamas de ETAR, que permitem fechar o nexo águas residuais – energia; e os estrumes/efluentes pecuários, abundantes em grande escala mas diluídos e com riscos de provocar inibição microbiana por acumulação de amónia. Acrescem à lista de candidatos metanogénicos os resíduos e subprodutos agroindustriais (pasta e papel, lacticínios, vinícolas) e os resíduos lenhocelulósicos (palhas, biomassa florestal residual), estes últimos necessitando de pré-tratamento para elevar a sua biodegradabilidade. Os rendimentos típicos variam entre 260 e 570 m³ de metano por tonelada de matéria orgânica seca, com ganhos adicionais quando se procede a codigestão e estratégias de otimização processual.
Upgrading de biogás
O ponto final das reações bioquímicas é a produção de biogás, constituído maioritariamente por metano e dióxido de carbono, e eventualmente por componentes marginais, incluindo H2S, vapor de água, azoto, siloxanos, amónia e compostos halogenados. Para aumentar o valor energético (poder calorífico), o biogás deve ser submetido a processos de purificação (upgrading) de forma a obter um conteúdo final de 96 a 98% de metano. Os processos de purificação com maior maturidade comercial incluem a absorção física em água, a lavagem química por aminas, a adsorção por pressão e a separação por membranas. Embora com menor projeção comercial, os processos de metanação biológica/química do CO₂ com H₂ verde permitem elevar a eficiência de carbono e acoplar a cadeia do biometano à bioeconomia circular.6 A seleção do processo a adoptar depende da composição do biogás bruto, requisitos de pureza, custos energéticos e, fundamentalmente, da economia de escala.
O maior desafio técnico do upgrading consiste no controlo de contaminantes para cumprir especificações de injeção na rede de gás natural (norma EN 16723-1)7, e para proteger equipamentos, em particular a remoção de H₂S (risco de corrosão) e de siloxanos (risco de formação de sílica abrasiva). Por outro lado, a gestão do methane slip (metano não queimado) e das emissões furtivas nas unidades de purificação, compressão e ligação à rede requer procedimentos rigorosos de monitorização, reporte e verificação, uma vez que o metano tem um potencial de aquecimento global muito superior ao do CO2.
Rumo à descolagem: roteiros regulatórios e económicos
A economia do projeto em biometano é atualmente marcada por uma clara diferença entre a maturidade que já existe em alguns países da UE e a fase embrionária do mercado nacional. A Biomethane Industrial Partnership8 estima custos médios de produção (incluindo digestão anaeróbia e upgrading) na ordem de 84 €/MWh para unidades pequenas e 54 €/MWh para unidades de maior escala. Em Portugal, onde a cadeia de fornecimento ainda se está a estruturar, os custos de produção permanecem mais elevados, refletindo menor efeito de escala.
O PAB 2024–20405 ambiciona fornecer a base de governação ao arranque do mercado do biometano e sugere um roteiro faseado: (i) 2024–2026 para criar a cadeia de valor; (ii) 2026–2040 para reforçar e consolidar o mercado; e (iii) 2024–2040 para assegurar a sustentabilidade social e ambiental. No lado da procura, o roteiro propõe quotas obrigatórias de incorporação e leilões de compra pública com contratos de cerca de 10 anos, para dar previsibilidade ao sector e reduzir o risco dos primeiros projetos. No lado da oferta, propõe-se um quadro de licenciamento célere, apoio financeiro nas primeiras vagas e o reforço de instrumentos de transparência e de mapeamento de matérias-primas, hubs de produção e pontos de injeção. Ao integrar-se na rede existente, o novo mercado deve ainda beneficiar de regulamentação clara sobre a partilha de custos de interligação e de compressão nos pontos de injeção, entre outros aspetos técnicos, contudo bastante onerosos.
Para descolar o mercado, uma possível “receita” deverá operacionalizar quatro eixos: (i) boa logística das matérias-primas, assente em contratos de longo prazo com explorações pecuárias e operadores municipais/industriais, incluindo plataformas regionais para pré-tratamento e logística, assim como recolha consolidada dos biorresíduos urbanos; (ii) assegurar um mercado-âncora, com contratos de 10 anos que reduzam o risco dos pioneiros; (iii) adoção efectiva de modelos de Economia Circular, com planos de valorização e certificação do digestato enquanto produto fertilizante com valor agronómico, permitindo assim baixar os OPEX e a pegada ambiental; e (iv) garantir regulamentação estável, assegurando garantias de origem fiáveis e rastreabilidade, alinhadas com a regulamentação europeia do metano. Por outras palavras, se quem gera o resíduo paga pelo seu tratamento, e quem vende gás fóssil tem uma obrigação gradual de comprar Garantias de Origem renovável, então o biometano poderá fechar a conta com pouca ou nenhuma subsidiação pública.
Participação comunitária e científica
Não tendo uma geografia vasta, Portugal pode beneficiar de um modelo de escala híbrida que permita alavancar o biometano em várias frentes. Por um lado, o estabelecimento de hubs regionais beneficia de cadeias curtas onde há abundância de matéria-prima – estrumes, efluentes pecuários e biorresíduos – evitando transportar água, sendo estas unidades de pequena dimensão (100 – 300 m³/h) favorecidas por um controlo operacional mais eficiente; esta abordagem permitirá um retorno mais rápido e sustentável do digestato aos solos locais, permitindo que os recursos produzidos localmente sejam devolvidos ao ecossistema local. Em paralelo, 3 a 4 unidades de grande escala (1000 – 3000 m³/h) podem ser instaladas onde existam recursos concentrados e contínuos (junto a ETAR multimunicipais e aterros metropolitanos); estas unidades beneficiarão de economias de escala mais claras no upgrading e na ligação directa à rede de alta pressão com custos de compressão marginais.
Este plano só será duradouro se for co-desenhado com comunidades locais (agricultores, municípios, operadores de resíduos/ETAR) e I&D aplicada em “laboratórios vivos”. Os centros de investigação e universidades deverão operacionalizar instalações-piloto abertas a empresas para testar misturas reais, assim como programas de valorização agronómica do digestato; ainda na ótica da ciência aberta, será boa prática disponibilizar formulações ótimas de codigestão em repositórios abertos para fornecer previsibilidade com evidência científica, rendimentos e balanços energéticos. Outra missão de relevo das universidades no biometano deverá consistir na formação modular em operação de digestão anaeróbia, purificação do biogás, gestão de digestato, segurança, incluindo estágios nas unidades de produção. Desta forma, a participação comunitária permitirá aumentar a perceção social do papel da digestão anaeróbia na bioeconomia e economia circular.
Referências
1 Diretiva 2008/98/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 19 de novembro de 2008, relativa aos resíduos e que revoga certas Diretivas
2 Diretiva (UE) 2023/2413 do Parlamento Europeu e do Conselho, de 18 de outubro de 2023, que altera a Diretiva (UE) 2018/2001, o Regulamento (UE) 2018/1999 e a Diretiva 98/70/CE no que respeita à promoção de energia de fontes renováveis e que revoga a Diretiva (UE) 2015/652 do Conselho
3 https://commission.europa.eu/topics/energy/repowereu_pt
4 https://datahub.ren.pt/pt/gas-natural/
5 https://www.dgeg.gov.pt/pt/areas-transversais/relacoes-institucionais-e-de-mercado/politica-energetica/plano-de-acao-para-o-biometano-2024-2040-pab/
6 Petersson, A., & Wellinger, A. (2009). Biogas upgrading technologies–developments and innovations. IEA bioenergy, 20, 1-19.
7 EN 16723-1:2016 – Natural gas and biomethane for use in transport and biomethane for injection in the natural gas network – Part 1: Specifications for biomethane for injection in the natural gas network
8 https://bip-europe.eu/downloads/
**Este texto é da responsabilidade do CESAM, unidade de investigação da Universidade de Aveiro e foi publicado na edição 114 da Ambiente Magazine.
