Geographic Information Systems based approach for assessing the locational feasibility for biomethane production from landfill gas and injection in pipelines in Brazil / Abordagem baseada em sistemas de informação geográfica para avaliação da viabilidade locacional da produção de biometano a partir de gás de aterro sanitário e injeção em dutos no Brasil

ABSTRACT Biomethane can readily replace fossil fuels including natural gas, which has similar physical and chemical properties. In Brazil, municipal solid waste is predominantly disposed of in landfills. Landfill gas is mostly employed for electricity generation, but still at low levels when compared to the existing potential. Production of biomethane from landfill gas may be an alternative to exploit the existing potential, but Brazil's pipeline network is rather limited and concentrated along the country's coast. In this context, the research sought to identify the locational viability of using landfill gas to produce biomethane and injecting it into pipelines, considering the available potential and its proximity to Brazil's existing pipeline network. The QGis software was used to integrate the information. Territorial arrangements with a biomethane production capacity of more than 15,000 Nm3 day−1 and located up to 50 km from the pipeline network were considered feasible. The research estimated a potential production equivalent to 3,407,027 Nm3 day−1 of biomethane from landfills in Brazil. This potential corresponds to 6% of country's natural gas consumption in 2019 and is almost 32 times greater than current production of biomethane from all substrates used with this purpose in that year. The results indicate the suitability of using geographic information systems to identify regions that can benefit from the production of biomethane from landfill gas using the existing natural gas pipelines as an alternative to the electricity generation and provides relevant subsidies to the formulation of more efficient public policies in both the sanitation and energy sectors.

RESUMO O biometano pode substituir facilmente os combustíveis fósseis, incluindo o gás natural, que possui propriedades físicas e químicas similares. No Brasil, os resíduos sólidos urbanos são descartados predominantemente em aterros sanitários. O gás dos aterros sanitários é empregado principalmente na geração de eletricidade, mas ainda em níveis baixos quando comparado ao potencial existente. A produção de biometano a partir do gás de aterro pode ser uma alternativa para explorar o potencial existente, mas a rede de gasodutos do Brasil é bastante limitada e concentrada ao longo da costa do país. Nesse contexto, esta pesquisa buscou identificar a viabilidade locacional do uso de gás de aterro sanitário para produzir biometano e injetá-lo em dutos, considerando o potencial disponível e sua proximidade com a rede de dutos existente no Brasil. O software QGis foi utilizado para integrar as informações. Foram considerados viáveis arranjos territoriais com uma capacidade de produção de biometano maior que 15.000 Nm3 dia−1 e localizados a até 50 km da rede de gasodutos. A pesquisa estimou uma produção potencial equivalente a 3.407.027 Nm3 dia−1 de biometano a partir de aterros sanitários no Brasil. Esse potencial corresponde a 6% do consumo de gás natural do país em 2019 e é quase 32 vezes maior que a produção de biometano de todos os substratos utilizados com essa finalidade naquele ano. Os resultados indicam a adequação do uso de sistemas de informação geográfica para identificar regiões que podem se beneficiar da produção de biometano a partir de gás de aterro sanitário, utilizando os gasodutos de gás natural existentes como alternativa à geração de eletricidade e fornece subsídios relevantes para a formulação de políticas públicas mais eficientes, tanto no setor de saneamento quanto no de energia.

Revisión del proceso de separación de fases del gas natural a alta presión en la industria Oil&Gas / Review of the natural gas phases separation process at high pressure in the Oil&Gas industry / Revisão do processo de separação de fases do gás natural para alta pressão na indústria de Oil&Gas

Resumen La separación física de líquidos y gases es una de las operaciones de producción, procesamiento y tratamiento en la industria petrolera, necesaria para prevenir daños en equipos rotativos, evitar corrosión en tuberías y cumplir con las especificaciones de calidad del gas natural para uso doméstico. Cuando la presión de operación aumenta, la diferencia de densidades entre las fases disminuye, lo cual dificulta el proceso de separación. Se realiza la revisión del estado del arte, desde los años 90 hasta el presente, de las diferentes metodologías para separar las fases líquida y gaseosa del gas natural, así como las variables de diseño con aplicación a sistemas que operan a alta presión; prestando especial énfasis en los avances encontrados utilizando Dinámica de Fluidos Computacional. Los resultados muestran que, aunque los separadores centrífugos y los separadores supersónicos son más compactos y de fácil mantenimiento comparados con los separadores gravitacionales, éstos últimos continúan siendo la estrategia más favorable cuando se combinan alta presión y baja cantidad de líquido (menos del 4% vol), como es el caso del gas natural. Conclusión adjudicada, en parte, a la falta de estudios experimentales/numéricos que involucren al gas natural en equipos alternativos al separador gravitacional

Abstract The Physical separation of liquids and gases is one of the main operations of production, processing and treatment in the oil industry; it is necessary to prevent damage to rotating equipment, to avoid corrosion in pipes and to achieve with the natural gas quality specifications for domestic use. When the operating pressure increases, the density difference between the phases decreases, which makes the separation process difficult or in some cases impossible. In this work, the state of the art of the different methodologies to separate the liquid and gaseous phases of natural gas is reviewed , as well as the design variables applied to systems that operate at high pressure from the 90's to the present; with special emphasis on the advances found using Computational Fluid Dynamics. The results show that, although both centrifugal and supersonic separators are more compact and easy to maintain compared to gravitational separators, gravitational separators remain the most favorable strategy when combining high pressure and low liquid load (less than 4%vol), as is the case of natural gas. Conclusion awarded, in part, to the lack of experimental/numerical studies involving natural gas in alternative equipment to the gravitational separator

Resumo A separação física de líquidos e gases é uma das principais operações de produção, processamento e tratamento na indústria do petróleo, necessária para evitar danos ao equipamento rotativo, para evitar a corrosão nos tubos e para cumprir as especificações de qualidade do gás natural para uso doméstico. Quando a pressão de operação aumenta, a diferença de densidade entre as fases diminui, o que torna o processo de separação difícil ou, em alguns casos, impossível. Neste trabalho, é realizada a avaliação do estado da arte de diferentes metodologias para separar as fases líquida e gasosa do gás natural e as variáveis de design com aplicação para sistemas que operam a alta pressão a partir dos anos 90 até a data atual; com ênfase especial nos avanços encontrados usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional. Os resultados mostram que, embora ambos os separadores centrífugos e supersónicos são mais compactos e de fácil manutenção comparado com separadores gravitacionais, o último continua a ser a estratégia favorecida quando a alta pressão e de baixa quantidade de líquido são combinados (menos de 4% vol), como é o caso do gás natural; Conclusão concedida, em parte, à falta de estudos experimentais/numéricos envolvendo gás natural em equipamentos alternativos ao separador gravitacional

Costo efectividad del gas natural domiciliario como tecnología sanitaria en localidades rurales del Caribe Colombiano / The cost-effectiveness of installing natural gas as a sanitary alternative for rural communities on the Colombian Caribbean coast burning biomass fuels

Objetivo Valorar el impacto económico del Gas Natural Domiciliario -GND- como tecnología sanitaria sobre la enfermedad respiratoria asociada al humo de biomasa en localidades del caribe colombiano. Métodos Tres estudios combinados: a) carga de enfermedad respiratoria asociada al uso de combustibles de biomasa; b) costos de la enfermedad (Infección Respiratoria Aguda -IRA- y Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica-EPOC); y c) análisis de costo efectividad del GND para reducir morbilidad por enfermedades respiratorias. Resultados En las localidades se esperarían anualmente 498 (477-560) casos de IRA que generaría 149 (119-196) hospitalizaciones, 6 (4-10) muertes y 7 291 (5 746 -9 696) AVAD. También se esperarían 459 (372-684) casos de EPOC, 138 (93- 239) hospitalizaciones, 11 (5-26) muertes y 1 500 (973-2 711) AVAD. Los costos de esta carga de enfermedad en ausencia del GND son anualmente de 5,2 (3,8-8,3) millones de dólares. De éstos, la mayoría son costos de EPOC (cerca del 85 por ciento). Los costos por IRA y EPOC, luego de instalado el GND, ascienden a 3,5 (2,5-5,7) millones de dólares. Los costos evitados serían 1,6 (1,2-2,6) millones de dólares, (30 por ciento de los costos de la carga). El costo efectividad incremental de introducir el GND sería un poco más de 56 (22-74) mil dólares por muerte evitada y entre 43 y 66 dólares evitar un AVAD. Conclusiones Frente a la no intervención, la instalación del GND resulta ser una tecnología costo efectiva para la reducción de las enfermedades respiratorias asociadas al consumo de combustibles de biomasa.

Objective Evaluating the economic impact of natural gas as a sanitary technology regarding respiratory disease associated with indoor air pollution in rural localities on the Colombian Caribbean coast. Methods Three studies were carried out: the burden of respiratory disease was evaluated (acute lower respiratory infection-ALRI and chronic obstructive pulmonary disease - COPD), disease costs were studied and the cost effectiveness of natural gas was analysed in terms of reducing indoor air pollution. Results Without natural gas in these localities, it would be expected that 498 (477-560) cases of ALRI per year would lead to 149 (119-196) hospitalisations, 6 (4-10) deaths and 7 291 (5,746-9,696) disability adjusted life years (DALY) annually. Furthermore, it is expected that 459 (372-684) cases of COPD per year would lead to 138 (93-239), hospitalisations, 11 deaths (5-26) and 1 500 (973-2 711) DALY annually. Annual disease burden cost was 5,2 (3,8-8,3) million dollars before installing domiciliary natural gas (DNG); most of such cost arose from COPD (around 85 percent). ARI and COPD costs after installing DNG would rise to 3,5 (2,5-5,7) million dollars; avoided costs would be 1,6 (1,2-2,6) million dollars, (30 percent of disease burden cost without DNG). The incremental cost-effectiveness (ICER) of installing DNG would be 56 (22-74) thousand dollars per life saved and ICER per DALY saved would be 43-66 dollars. Conclusion DNG is a sanitary technology which reduces the burden of indoor air pollution-associated respiratory diseases arising from burning biomass fuel in rural localities in a cost-effective way.