Um trem de carga cheio de energia

"Energia"! Uma palavra que eletrifica e convida à discussão como nenhuma outra no momento. Todos neste país agora sabem sobre a importância da energia — e sua disponibilidade e custos. E são os transportadores de energia, calor e eletricidade, ou seja, os produtos de conversão de nossos processos técnicos que estão sujeitos a perdas, que mantêm nossas vidas e as da indústria neste país "funcionando e vivas" e, ao mesmo tempo, as tornam mais fáceis.

1.000.000 bilhões de joules de consumo de energia primária

Mas você já pensou na quantidade de energia necessária na Alemanha todos os anos? De acordo com os últimos números do Grupo de Trabalho sobre Balanços Energéticos de setembro de 2022, a Alemanha tem um consumo de energia primária de 12.413 petajoules. Isso não soa pequeno — e não é. Peta representa a figura 10 com o poder de 15, ou mais simplesmente: 1.000.000 bilhões. Tais números enormes estão completamente além de nossa imaginação e imagens mentais são necessárias para compreender seu significado.

Um trem de carga de 78.191 quilômetros

Imaginemos, então, que essa energia primária na forma de carvão vegetal teria que ser transportada para a Alemanha por um trem de carga. Os vagões de carga normalmente usados para esse fim têm uma carga útil de 65 toneladas e um comprimento de 12 metros. Seria um trem de carga longo: composto por 6,5 milhões de vagões ou um comprimento total de 78.191 quilômetros! Todos os anos esvaziamos este "trem especial para a Alemanha" duas vezes ao redor do equador da Terra. As residências, o transporte e a indústria dividem o consumo final mais ou menos por igual — cerca de 20% cada. E quase a mesma quantidade de energia primária, quase 18%, é perdida através da conversão da energia primária em energia final.

Economia de energia, recuperação de energia e novas formas de produção

Economizar energia sempre que possível, recuperá-la e encontrar novas formas de produção de energia é, portanto, a principal prioridade, desde que não seja possível substituir o consumo de energia primária de fontes de energia predominantemente fósseis por fontes de energia regenerativas em grande escala.

As águas residuais contêm energia química e térmica

As águas residuais parecem ser um meio muito interessante para isso e podem fazer uma contribuição importante. Por um lado, as águas residuais contêm energia ligada quimicamente que os microorganismos podem liberar em processos anaeróbios de maneira controlada na forma de metano, o transportador de energia. Por outro lado, a energia térmica armazenada nas águas residuais deve ser de grande interesse. Por grau Celsius, um metro cúbico de águas residuais tem a quantidade de energia de 1,16 kWh. Isso significa que, teoricamente, as águas residuais poderiam substituir 1 metro cúbico de gás natural se 1000 litros dele fossem resfriados em cerca de 9 graus Celsius através da extração de calor. Aquecimento com águas residuais em vez de gás natural!

Uso de alto potencial de energia através de sistemas de troca de calor adaptados

Essas aplicações na área de esgotos municipais não são realistas, no entanto, porque isso prejudicaria muito o processo de purificação na estação de tratamento de esgotos. Resfriamento de 1 a 2 graus, no entanto, geralmente não é um problema e mesmo nessa escala relativamente pequena tem um alto potencial de energia ou calor. No entanto, não é incomum que as águas residuais ou de processo sejam produzidas em temperaturas relativamente altas em municípios ou em processos de produção industrial. No futuro, não será mais possível prescindir dessa energia. No entanto, sistemas eficientes de troca de calor adaptados às características especiais das águas residuais são o pré-requisito técnico para esse objetivo, a fim de poder criar conceitos sustentáveis de utilização de calor para o respectivo caso.

O futuro dos processos e produtos de recuperação de energia e eficiência energética

Na visão geral da tecnologia de águas residuais, o futuro dos processos e produtos de recuperação de energia e eficiência energética não começou apenas ontem. O uso do calor residual das águas residuais está se tornando cada vez mais estabelecido; acionamentos elétricos com eficiência melhorada estão sendo utilizados cada vez mais. Novos processos de tratamento de águas residuais visam remover matéria orgânica das águas residuais na entrada das estações de tratamento de águas residuais para produzir mais metano nos digestores e, ao mesmo tempo, reduzir a energia necessária para os processos de tratamento aeróbico na estação de tratamento de águas residuais.

Novos e inovadores processos de monitoramento para detectar desgaste excessivo nas máquinas estão sendo desenvolvidos como parte da digitalização avançada para detectar consumo de energia desnecessário em um estágio inicial. Além disso, a digitalização em combinação com a avaliação inteligente de dados abre possibilidades completamente novas para a otimização de processos: por exemplo, menos acúmulo de lama e menor consumo de precipitante. Embora esses benefícios possam não ser reconhecidos como medidas de economia de energia à primeira vista, eles ainda são um grande desafio.

Design inteligente, materiais leves, qualidade e durabilidade

À segunda vista, no entanto, eles aparecem na redução de produtos químicos e transporte, ou, em outras palavras: economizar energia "não produzindo" e "não conduzindo quilômetros". O design inteligente das máquinas ou a escolha de materiais leves com o objetivo de reduzir o peso também estão diretamente relacionados à economia de energia para produção e transporte. A alta qualidade dos produtos e, consequentemente, sua durabilidade, por sua vez, formam a base para o uso econômico das matérias-primas necessárias para sua fabricação. Portanto, a qualidade do produto deve sempre ser vista em um contexto positivo com a economia de energia.

A simbiose técnica de energia e sustentabilidade

Muitos desses exemplos mostram que o uso responsável da energia está inseparavelmente ligado à tecnologia sustentável de águas residuais. Energia e sustentabilidade juntaram-se para formar uma simbiose técnica notável. A partir dessa perspectiva, a tecnologia de águas residuais em todas as suas áreas de aplicação também poderá fazer uma contribuição importante para encurtar nosso "trem de carga cheio de energia" no futuro. Você só tem que fazê-lo, de acordo com o ditado: "Fazer é como querer, só mais intenso!"
 

Prof. Dr.-Ing. Franz Bischof é professor na Faculdade de Engenharia Mecânica/Engenharia Ambiental para o assunto "Processos para o Controle da Poluição da Água, do Ar e do Solo" na Universidade Técnica da Baviera Oriental de Amberg-Weiden.