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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.105.2021.tde-06012022-110243
Documento
Autor
Nombre completo
Rodolfo Daniel Silva Martínez
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2021
Director
Tribunal
Pereira, Alessandro Sanches (Presidente)
Coelho, Suani Teixeira
Ferreira, Bernardo Ornelas
Reyes, Abel Clemente
Título en inglés
Dry anaerobic digestion treatment potential for the organic fraction of municipal solid waste in Brazil and Mexico
Palabras clave en inglés
Anaerobic digestion
Bioenergy
Biogas
Environmental assessment
Organic fraction municipal solid waste
Public policy
Waste management
Resumen en inglés
Anaerobic Digestion (AD) technologies have been developed and implemented in Brazil and Mexico to treat the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). However, they are still far away to significantly contribute to treating the ever-increasing waste volumes in the region and supply the regional energy demand, recuperate nutrients, and meet national carbon emission goals. This study aims to determine the feasibility of implementing AD, and more specifically dry anaerobic digestion (DAD) technologies, to treat the OFMSW evaluating the technical and environmental benefits and advantages these technologies offer, and secondly to propose the policy guidelines for implementing and disseminating AD technologies based on the existing regulatory framework in Brazil and Mexico. For this purpose, the research uses mixed methods research (MMR). It firstly performs an environment and resource use analysis to compare two case studies in Brazil: A wet anaerobic digester in Foz de Iguaçu and a dry anaerobic digester localized in Rio de Janeiro. This analysis includes an assessment of the water, material, and nutrients flow, energy efficiency, and mitigation of greenhouse gas emissions (GHG) as the most relevant categories, seeking the most efficient technology. A literature and public policy review and a series of interviews with researchers and public policy specialists to identify the limitations, challenges, and opportunities to apply AD from a governmental perspective complemented the case study analysis. The results indicate that even when the wet anaerobic digestion (WAD) system offers various advantages of water and resource savings, energy generation, and CO2eq emissions savings, there is a notable significant higher efficiency of the DAD system. (1) It utilizes less water throughout its processes; (2) it produces almost 2.5 times more solid digestate or biofertilizer; (3) it has significant energy efficiency, utilizing internally less energy of the biogas produced; and (4) it also presents a more significant GHG mitigation potential. Moreover, as for the policy analysis and interviews, according to this research findings, some of the detected main challenges in both countries are presented due to: (1) landfill and dumpsites overuse; (2) lack of waste segregation systems; (3) lack of knowledge or interest in AD technologies; (4) low education and social training in the field; (5) diverse economic factors; (6) lack of regulatory framework and infrastructure for biogas/biomethane; and (7) public policy deficiencies. Thus, this study resulted in a series of policy guidelines and recommendations that may serve to face these challenges and develop a national political plan to implement large-scale AD projects to treat the OFMSW; these may assist decision makers to prepare and implement new legislation and reforms to build more specific and coercive measures to overcome the challenges and for the adequate treatment of OFMSW with biodigesters. Ultimately, the crucial need to implement and disseminate biodigesters as the proper treatment of the OFMSW arises from the need to mitigate the environmental, social, and public health impacts caused by traditional practices of disposal of organic waste in dumps sites or sanitary landfills. This research proves that DAD can remarkably contribute to this task offering tangible diverse benefits to society and the environment.
Título en portugués
Potencial de tratamento da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos por digestão anaeróbica seca no Brasil e no México
Palabras clave en portugués
Avaliação ambiental
Bioenergia
Biogás
Digestão anaeróbia
Fração orgânica de resíduos sólidos urbanos
Gestão de resíduos
Política pública
Resumen en portugués
Há várias tecnologias de digestão anaeróbia (DA) desenvolvidas e implementadas no Brasil e no México para tratar a fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (FORSU). No entanto, as mesmas ainda estão longe de contribuir significativamente, não só para tratar os volumes cada vez maiores de resíduos na região, mas também para suprir a demanda energética regional, recuperar nutrientes e cumprir as metas nacionais de emissão de carbono. Este estudo visa determinar a viabilidade de implementação de tecnologias de DA, e mais especificamente de tecnologias de digestão anaeróbia seca, para tratar a FORSU avaliando os benefícios e vantagens técnicas e ambientais que essas tecnologias oferecem; e em segundo lugar, propor as diretrizes da política para implementação e disseminação de tecnologias de DA com base no marco regulatório no Brasil e no México. Para tanto, a pesquisa utiliza métodos mistos de pesquisa. Primeiramente, realiza uma análise ambiental e uso de recursos para comparar dois estudos de caso no Brasil: Um digestor anaeróbio úmido (WAD) em Foz de Iguaçu e um digestor anaeróbio seco (DAD) localizado no Rio de Janeiro. Essa análise inclui a avaliação do fluxo de água, materiais e nutrientes, eficiência energética e mitigação de emissões de gases de efeito estufa (GEE) como as categorias mais relevantes, buscando a tecnologia mais eficiente. A análise deste estudo de caso foi então complementada com uma revisão da literatura e de políticas públicas, e uma série de entrevistas com pesquisadores e especialistas em políticas públicas para identificar as limitações, desafios e oportunidades para aplicar a DA, a partir de uma perspectiva governamental. Os resultados indicam que mesmo quando o sistema WAD oferece diversas vantagens para economizar recursos, geração de bioenergia, e mitigação de emissões de gases de efeito estufa, há uma eficiência significativamente maior no sistema DAD. O sistema DAD (1) utiliza menos água em seus processos; (2) produz quase 2,5 vezes mais biofertilizantes; (3) possui uma significativa eficiência energética, utilizando internamente menos energia do biogás produzido; e (4) também apresenta um potencial de mitigação de GEE mais significativo. Além disso, quanto à análise de políticas e entrevistas, de acordo com os resultados desta pesquisa, alguns dos principais desafios detectados em ambos países são apresentados devido a: (1) uso excessivo de aterros e lixões; (2) falta de sistemas de segregação de resíduos; (3) falta de conhecimento ou interesse em tecnologias de DA; (4) baixa escolaridade e formação social na área; (5) diversos fatores econômicos; (6) falta de estrutura regulatória e infraestrutura para biogás ou biometano; e (7) deficiências de políticas públicas. Assim, este estudo resultou na elaboração de apontamentos e recomendações para políticas que podem servir para enfrentar esses desafios e desenvolver um plano político nacional para implementar projetos de AD em grande escala para tratar a FORSU. Estas são orientadas para preparar e implementar nova legislação e reformas para desenvolver medidas mais específicas e coercivas para superar os desafios e para o tratamento adequado da FORSU com biodigestores. Em última instância, a necessidade crucial de implantação e disseminação de biodigestores com o tratamento adequado da FORSU surge da necessidade de mitigar os impactos ambientais, sociais e de saúde pública causados pelas rotas tradicionais de disposição de resíduos orgânicos em lixões e aterros sanitários. Esta pesquisa prova que a DAD pode contribuir para essa tarefa, oferecendo diversos benefícios tangíveis para a sociedade e o meio ambiente.
 
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Fecha de Liberación
2023-11-04
Fecha de Publicación
2022-01-07
 
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