BRASIL BIOMASSA

Tecnologia Industrial Biogás Biometano C02 Industrial Amônia Verde   
Em nome da Associação Brasileira das Indústrias de Biomassa e Energia Renovável  e dos numerosos colaboradores no desenvolvimento do Livro Biogás Biometano C02 Industrial Amônia Verde tenho o prazer de apresentar o primeiro Livro desenvolvido pela Brasil Biomassa sobre o potencial de produção de Biogás e Biometano para um futuro de baixo carbono nos setores industriais mais intensivos em calor no Brasil.
As alterações climáticas apresentam-se como um dos maiores desafios para a humanidade neste século. Vivemos numa época onde somos sobrecarregados com informações sobre o impacto dos combustíveis fósseis no nosso planeta, que podem ter consequências negativas sobre a atividade humana, ao nível social, econômico e ambiental. 
O aumento populacional aumentou a demanda energética e, segundo a Agência Internacional de Energia (AIE), até 2030, a demanda energética poderá aumentar em 50% globalmente. 
As fontes de energia mais exploradas no mundo são os combustíveis fósseis e seus derivados . O uso excessivo desses combustíveis aumenta os gases de efeito estufa (GEE), como o CO 2 , que, por sua vez, têm um efeito notável no aquecimento global e nas mudanças climáticas.  
Para lidar com esta questão, a substituição de fontes de energia convencionais por fontes de energia amigas do ambiente é crucial. A substituição a longo prazo de combustíveis fósseis pode ser conseguida através do uso melhorado de opções de energia sustentável no mix energético. 
Nos últimos anos, um número crescente de países se comprometeu a atingir emissões líquidas zero. Até abril de 2022, 131 países cobrindo 88% das emissões globais de gases de efeito estufa anunciaram metas líquidas zero. 
As emissões antropogênicas já levaram a um aumento da temperatura global de 1,1 °C em comparação aos níveis pré-industriais. 
Há um amplo entendimento de que o zero líquido até 2050 é fundamental para aumentar as chances de manter esse aumento de temperatura dentro de 1,5 °C. Esse foco renovado significa que as emissões de todos os usos finais de energia precisam ser mitigadas. 
A energia desempenha um papel fundamental tanto na vida dos seres humanos quanto no desenvolvimento das economias. Nas últimas décadas, o progresso tecnológico determinou uma mudança relevante nos estilos de vida das pessoas. Além disso, o aumento da população humana, bem como o desenvolvimento industrial em geral, levaram a um aumento exponencial na demanda global de energia. 
Particularmente, as reservas de energia se esgotarão nas próximas décadas devido ao aumento da demanda energética. Portanto, os setores energéticos mundiais precisam identificar novas fontes alternativas de energia para substituir os combustíveis fósseis. Isso também é fundamental do ponto de vista ambiental. De fato, está bem documentado que os combustíveis fósseis são as fontes mais importantes de poluição e aquecimento global, causados principalmente pela produção de CO₂ e compostos de enxofre. 
No entanto, os combustíveis fósseis (por exemplo, carvão, petróleo, gás) ainda são utilizados em todo o mundo devido aos avanços tecnológicos, econômicos e sociais relevantes. As recentes crises energéticas e a perspectiva do quase esgotamento das reservas de combustíveis fósseis ou não renováveis levaram os países industrializados a promover a produção de energia renovável, a geração distribuída e intervenções de eficiência energética. Atualmente, uma prioridade global para o desenvolvimento sustentável é o acesso à energia renovável e outras questões energéticas (por exemplo, a eficiência energética). 
A transição para sistemas energéticos mais eficientes requer ações que envolvam todos os níveis políticos, do local ao global. 
O biogás é uma mistura de metano, CO₂ e pequenas quantidades de outros gases, produzida pela digestão anaeróbica da matéria orgânica em um ambiente sem oxigênio. A composição precisa do biogás depende do tipo de matéria-prima e do método de produção; estes incluem as seguintes tecnologias principais:
Biodigestores : São sistemas herméticos (por exemplo, recipientes ou tanques) nos quais a matéria orgânica, diluída em água, é decomposta por microrganismos naturais. Contaminantes e umidade são geralmente removidos antes do uso do biogás.
Sistemas de recuperação de biogás de aterro : A decomposição de resíduos sólidos urbanos (RSU) em condições anaeróbicas em aterros sanitários produz biogás. Este pode ser capturado utilizando tubulações e poços de extração, juntamente com compressores, para induzir o fluxo até um ponto de coleta central.
Estações de tratamento de águas residuais: Essas estações podem ser equipadas para recuperar matéria orgânica, sólidos e nutrientes como nitrogênio e fósforo do lodo de esgoto. Com tratamento adicional, o lodo de esgoto pode ser utilizado como insumo para a produção de biogás em um digestor anaeróbio.
O teor de metano no biogás varia tipicamente de 45% a 75% em volume, sendo a maior parte do restante CO₂ . Essa variação significa que o conteúdo energético do biogás pode variar; o poder calorífico inferior (PCI) situa-se entre 16 megajoules por metro cúbico (MJ/m³ ) e 28 MJ/m³ . 
O biogás pode ser usado diretamente para produzir eletricidade e calor ou como fonte de energia para cozinhar.
O biometano (também conhecido como “gás natural renovável”) é uma fonte quase pura de metano produzida por meio do “aprimoramento” do biogás (um processo que remove o CO₂ e outros contaminantes presentes no biogás) ou pela gaseificação da biomassa sólida seguida de metanação:
Aprimoramento do biogás : Este processo representa cerca de 90% do biometano produzido mundialmente hoje. As tecnologias de aprimoramento utilizam as diferentes propriedades dos vários gases contidos no biogás para separá-los, sendo a lavagem com água e a separação por membrana responsáveis por quase 60% da produção global de biometano atualmente (Cedigaz, 2019).
Gaseificação térmica de biomassa sólida seguida de metanação : A biomassa lenhosa é inicialmente decomposta a alta temperatura (entre 700-800 °C) e alta pressão em um ambiente com baixo teor de oxigênio. Nessas condições, a biomassa é convertida em uma mistura de gases, principalmente monóxido de carbono, hidrogênio e metano (às vezes chamada coletivamente de gás de síntese). Para produzir um fluxo puro de biometano, esse gás de síntese é purificado para remover quaisquer componentes ácidos e corrosivos. O processo de metanação utiliza um catalisador para promover a reação entre o hidrogênio e o monóxido de carbono ou CO₂ para produzir metano. Qualquer CO₂ ou água remanescente é removido ao final desse processo.
O biometano tem um poder calorífico inferior (PCI) de cerca de 36 MJ/m³ . É indistinguível do gás natural e, portanto, pode ser usado sem a necessidade de quaisquer alterações na infraestrutura de transmissão e distribuição ou nos equipamentos do usuário final, sendo totalmente compatível com o uso em veículos movidos a gás natural.
Uma grande variedade de matérias-primas pode ser usada para produzir biogás . Para este relatório, os diferentes tipos de resíduos ou rejeitos foram agrupados em quatro categorias principais de matérias-primas: resíduos agrícolas; esterco animal; a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, incluindo resíduos industriais; e lodo de esgoto.
Resíduos de colheita: Resíduos da colheita de trigo, milho, arroz, outros cereais de grãos grossos, beterraba sacarina, cana-de-açúcar, soja e outras oleaginosas. Este relatório incluiu culturas sequenciais, cultivadas entre duas colheitas como uma solução de manejo do solo que ajuda a preservar a fertilidade do solo, reter carbono no solo e evitar a erosão; estas não competem por terras agrícolas com culturas destinadas à alimentação humana ou animal.
Esterco animal: proveniente de animais de criação, incluindo bovinos, suínos, aves e ovinos.
Fração orgânica dos RSU: Resíduos alimentares e vegetais (ex.: folhas e relva), papel e cartão e madeira que não seja reaproveitada (ex.: para compostagem ou reciclagem). RSU1Inclui também alguns resíduos industriais da indústria de processamento de alimentos.
Lodo de esgoto: Matéria orgânica semissólida recuperada na forma de gás de esgoto em estações de tratamento de esgoto municipais.
Culturas energéticas específicas, ou seja, culturas de baixo custo e baixa manutenção cultivadas exclusivamente para a produção de energia em vez de alimentos, desempenharam um papel importante no aumento da produção de biogás em algumas partes do mundo, principalmente na Alemanha. No entanto, elas também geraram um debate acirrado sobre os potenciais impactos no uso da terra, portanto, não são consideradas na avaliação do potencial de fornecimento sustentável deste relatório.
A utilização de resíduos como matéria-prima evita os problemas de uso da terra associados às culturas energéticas. Estas, por sua vez, requerem fertilizantes (normalmente produzidos a partir de combustíveis fósseis), o que precisa ser levado em consideração na avaliação das emissões do ciclo de vida de diferentes vias de produção de biogás. A utilização de resíduos como matéria-prima permite capturar o metano que, de outra forma, escaparia para a atmosfera durante a decomposição.
A maior parte da produção de biometano provém do aprimoramento do biogás, portanto, as matérias-primas são as mesmas descritas anteriormente. No entanto, a rota de gaseificação para a produção de biometano pode utilizar biomassa lenhosa (além de resíduos sólidos urbanos e resíduos agrícolas) como matéria-prima, que consiste em resíduos da gestão florestal e do processamento da madeira.
O desenvolvimento do biogás tem sido desigual em todo o mundo, pois depende não apenas da disponibilidade de matérias-primas, mas também de políticas que incentivem sua produção e uso. A Europa, a República Popular da China (doravante, “China”) e os Estados Unidos respondem por 90% da produção mundial.
A reforma da política energética e a subsequente legislação e regulamentação a nível nacional têm proporcionado um forte incentivo ao desenvolvimento de tecnologias de geração de energia renovável cada vez mais competitivas. A União Europeia, de fato, estabeleceu uma série de regulamentações para atingir o seu objetivo de alcançar “zero emissões líquidas de gases com efeito de estufa até 2050”. 
A transição de combustíveis fósseis sem carbono em setores chave, como a indústria, os transportes, a agricultura e outros, será apoiada pelo plano de investimento do Pacto Ecológico Europeu. Com esta nova iniciativa da Comissão Europeia, a União Europeia pretende ser o primeiro continente neutro em termos climáticos até 2050. Nessa perspectiva, a cooperação entre a Comissão Europeia, os países membros da UE e as partes interessadas permitirá alcançar a neutralidade climática.
A transição para energias renováveis, juntamente com um setor industrial descarbonizado, pode ser concluída antes de 2050, se os investimentos a partir de 2030 forem sustentáveis e a eletricidade da rede for totalmente descarbonizada. 
Infelizmente, o meio ambiente sofre atualmente com problemas como diversas crises energéticas, esgotamento dos recursos de combustíveis fósseis, altos custos e poluição ambiental. Particularmente, a crise energética é uma das questões que impôs muitas mudanças no desenvolvimento de várias tecnologias em todo o mundo e exige políticas e governança sobre os recursos energéticos. A cada ano, a renovação dessas crises tem levado vários países a recorrer a fontes alternativas, como as energias renováveis. 
Além disso, eventos recentes, como a guerra na Ucrânia, evidenciaram o problema da autossuficiência nacional no fornecimento de energia para alguns países. Por vezes, a sociedade, de fato, não consegue gerir os efeitos decrescentes e controláveis das grandes atividades industriais sobre as necessidades energéticas.
A economia circular e a bioeconomia são perspectivas para abordar esses desafios e alcançar metas ambientais e socioeconômicas em todo o mundo.
Assim, a geração de energia a partir de fontes alternativas contribuirá para a mitigação das mudanças climáticas e a minimização dos riscos ao meio ambiente, proporcionando, de modo a, um ambiente limpo e sustentável para a nossa sociedade moderna. Recentemente, a comunidade científica tem se dedicado significativamente a este tema, que se tornou uma questão de grande preocupação.
De fato, as perspectivas para o biogás e o biometano, bem como seus métodos de geração, aumentaram exponencialmente, sempre visando o desenvolvimento de energia sustentável em apoio à transição verde.
Este livro tem como objetivo examinar o potencial da “energia renovável”, destacando as tendências e abordagens atuais dos processos de produção de biogás e biometano. O livro também se concentra no potencial para alcançar objetivos definidos para o desenvolvimento sustentável, de forma a atender às necessidades ambientais, sociais e econômicas. 
Além disso, a revisão fornece uma visão geral abrangente dos processos de produção de biogás e biometano, avaliando as diferentes opções de substrato que resultam em rendimento rentável, a fim de fornecer uma base para futuras investigações. 
Embora a eficiência energética, a eletrificação e as energias renováveis possam atingir 70% da mitigação necessária , o Biogás e Biometano será necessário para descarbonizar os usos finais onde outras opções são menos maduras ou mais caras, como indústria pesada , transporte de longa distância e armazenamento sazonal de energia. Considerando essas aplicações, o hidrogênio pode contribuir com 10% da mitigação necessária para atingir o Cenário de 1,5 °C e 12% da demanda final de energia .
Espera-se que o mercado de biogás registre um CAGR de mais de 4,5% durante o período 2025-2027. Com potencial para reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 18-20% da atual emissão de gases de efeito estufa de 4.360 Mt CO2 e com potencial para atender 19% da demanda global de eletricidade até 2050. 
A previsão é do relatório divulgado pela Fortune Business Insights, que estima que o mercado global das usinas de biogás deverá representar US$ 7,71 bilhões em 2027. 
O volume potencial de 458 milhões de MMBTu (milhão de BTUs) seria equivalente a cerca de 25% a 30% da demanda de gás natural até 2030.
Com expansão registrada em vários países, por conta de sua viabilidade econômica como combustível renovável, há hoje no mundo 1.020 plantas de biometano, segundo estudo de mercado da Associação Internacional de Gás Natural (Cedigaz).  Embora a maior parte da produção esteja centralizada na Europa, com 2 bilhões de m³ de biometano, há tendência de globalização no gás natural renovável. 
A Europa é atualmente a maior produtora de biogás. A Alemanha é, de longe, o maior mercado, abrigando dois terços da capacidade instalada de usinas de biogás na Europa. As culturas energéticas foram a principal matéria-prima que sustentou o crescimento da indústria de biogás na Alemanha, mas as políticas recentes têm se voltado mais para o uso de resíduos agrícolas, cultivos sequenciais, dejetos animais e a captura de metano em aterros sanitários. Outros países, como Dinamarca, França, Itália e Holanda, têm promovido ativamente a produção de biogás.
Na China , políticas têm apoiado a instalação de biodigestores domésticos em áreas rurais com o objetivo de aumentar o acesso à energia moderna e a combustíveis limpos para cozinhar; esses biodigestores representam cerca de 70% da capacidade instalada de biogás atualmente. 
Diferentes programas foram anunciados para apoiar a instalação de usinas de cogeração em larga escala (ou seja, usinas que produzem calor e energia). Além disso, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma da China publicou um documento de orientação especificamente sobre a industrialização do biogás e seu aprimoramento para biometano, apoiando também o uso de biometano no setor de transportes.
Nos Estados Unidos , a principal via de produção de biogás tem sido a coleta de gás em aterros sanitários, que hoje responde por quase 90% da produção nacional. Há também um crescente interesse na produção de biogás a partir de resíduos agrícolas, visto que o mercado interno de gado é responsável por quase um terço das emissões de metano nos Estados Unidos (USDA, 2016). Os Estados Unidos também lideram globalmente o uso de biometano no setor de transportes, graças ao apoio tanto estadual quanto federal.
Cerca de metade da produção restante provém de países em desenvolvimento da Ásia, principalmente da Tailândia e da Índia . A remuneração através do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) foi um fator chave para esse crescimento, especialmente entre 2007 e 2011. O desenvolvimento de novos projetos de biogás caiu drasticamente após 2011, à medida que o valor dos créditos de redução de emissões concedidos pelo MDL diminuiu. A Tailândia produz biogás a partir dos resíduos do setor de fécula de mandioca, da indústria de biocombustíveis e da criação de suínos. A Índia pretende desenvolver cerca de 5.000 novas usinas de biogás comprimido nos próximos cinco anos (GMI, 2019). 
A Argentina e o Brasil também têm apoiado o biogás por meio de leilões; no Brasil, a maior parte da produção provém de aterros sanitários, mas também existe potencial na vinhaça, um subproduto da indústria do etanol.
A falta de dados dificulta a obtenção de um panorama claro do consumo atual de biogás na África , mas seu uso tem se concentrado em países com programas de apoio específicos. Alguns governos, como Benin, Burkina Faso e Etiópia, oferecem subsídios que podem cobrir de metade a todo o investimento, enquanto inúmeros projetos promovidos por organizações não governamentais fornecem conhecimento prático e subsídios para reduzir o custo líquido do investimento. Além desses subsídios, as linhas de crédito têm avançado em alguns países, notadamente um recente acordo de arrendamento com opção de compra no Quênia, que financiou quase metade das instalações de biodigestores.
Quase dois terços da produção de biogás foram utilizados para gerar eletricidade e calor (com uma divisão aproximadamente igual entre instalações de geração exclusiva de eletricidade e instalações de cogeração). Cerca de 30% foram consumidos em edifícios, principalmente no setor residencial para cozinhar e aquecer, e o restante foi transformado em biometano e misturado às redes de gás ou utilizado como combustível para transporte.
Atualmente, existem cerca de 18 GW de capacidade instalada de geração de energia a partir de biogás em todo o mundo, a maior parte localizada na Alemanha, nos Estados Unidos e no Reino Unido. 
Essa capacidade cresceu, em média, 4% ao ano entre 2010 e 2018. Nos últimos anos, a implantação nos Estados Unidos e em alguns países europeus diminuiu, principalmente devido a mudanças nas políticas de incentivo, embora o crescimento tenha começado a se recuperar em outros mercados, como a China e a Turquia.
O custo nivelado da geração de eletricidade a partir de biogás varia de acordo com as matérias-primas utilizadas e a sofisticação da usina, oscilando entre US$ 50 por megawatt-hora (MWh) e US$ 190/MWh. Uma parte substancial dessa faixa de valores é superior ao custo de geração a partir de energia eólica e solar fotovoltaica (FV) em escala de utilidade pública, cujos custos diminuíram acentuadamente nos últimos anos.
Os custos relativamente elevados da geração de energia a partir de biogás significam que a transição de tarifas de incentivo para estruturas de leilão de eletricidade renovável tecnologicamente neutras (como os contratos de compra de energia) em muitos países pode limitar as perspectivas futuras de usinas de biogás voltadas exclusivamente para a geração de eletricidade. No entanto, ao contrário da energia eólica e solar fotovoltaica, as usinas de biogás podem operar de forma flexível e, assim, fornecer serviços de balanceamento e outros serviços auxiliares à rede elétrica. Reconhecer o valor desses serviços ajudaria a impulsionar as perspectivas de implantação futura de usinas de biogás.
Onde houver disponibilidade de aproveitamento local do calor, a viabilidade econômica da cogeração de biogás é mais forte do que a de uma usina exclusivamente elétrica. 
Isso ocorre porque a cogeração pode proporcionar um nível mais elevado de eficiência energética, com cerca de 35% da energia do biogás utilizada para gerar eletricidade e outros 40 a 50% do calor residual sendo aproveitados de forma produtiva. Certos subsetores industriais, como o de alimentos e bebidas e o de produtos químicos, produzem resíduos úmidos com alto teor orgânico, que constituem matéria-prima adequada para a digestão anaeróbica. Nesses setores, a produção de biogás pode ainda oferecer o benefício adicional de tratar os resíduos e, ao mesmo tempo, fornecer calor e eletricidade no local.
Por ora, uma parcela relativamente pequena, mas crescente, do biogás produzido mundialmente é transformada em biometano. Essa área possui um potencial significativo de crescimento, embora – como detalhado nas seções subsequentes deste relatório – isso dependa fortemente da robustez e da concepção de políticas voltadas à descarbonização do fornecimento de gás em diferentes partes do mundo.
A indústria do biometano é atualmente muito pequena, embora esteja gerando crescente interesse em diversos países devido ao seu potencial para fornecer energia limpa a uma ampla gama de usuários finais, especialmente quando isso pode ser feito utilizando a infraestrutura existente. Atualmente, são produzidos cerca de 3,5 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtoe) de biometano em todo o mundo. A grande maioria da produção concentra-se nos mercados europeu e norte-americano, com alguns países, como a Dinamarca e a Suécia, detendo mais de 10% da participação do biogás/biometano no total das vendas de gás. 
O biometano representa cerca de 0,1% da demanda de gás natural atualmente; no entanto, um número crescente de políticas governamentais apoia sua injeção nas redes de gás natural e sua utilização para a descarbonização do transporte. Por exemplo, Alemanha, Itália, Holanda e Reino Unido já implementaram medidas de apoio ao biometano no setor de transportes. O programa RenovaBio, no Brasil, tem como meta reduzir a intensidade de carbono dos combustíveis no setor de transportes em 10% até 2028. Iniciativas subnacionais também estão surgindo, como os padrões de combustíveis de baixo carbono no estado da Califórnia, nos EUA, e na Colúmbia Britânica, no Canadá.
A porcentagem de biogás produzido que é purificado varia bastante entre as regiões: na América do Norte, gira em torno de 15%, enquanto na América do Sul é superior a 35%; na Europa, região que mais produz biogás e biometano, cerca de 10% da produção de biogás é purificada (embora em países como Dinamarca e Suécia as porcentagens sejam muito maiores); na Ásia, o índice é de 2%.
O principal coproduto do aprimoramento do biogás é o CO₂ , que é produzido em forma relativamente concentrada e, portanto, pode ser usado para fins industriais ou agrícolas, ou combinado com hidrogênio para gerar um fluxo adicional de metano. Outra opção seria armazená-lo no subsolo, caso em que o biometano seria uma fonte de energia com emissão negativa de CO₂ .
Como mencionado anteriormente, o método alternativo para produzir biometano é a gaseificação térmica da biomassa. 
Existem diversas usinas de gaseificação de biomassa em operação atualmente, mas a maioria delas está em escala de demonstração, produzindo volumes relativamente pequenos. Algumas dessas usinas têm enfrentado dificuldades para alcançar uma operação estável, devido à qualidade e quantidade variáveis da matéria-prima. Por ser uma tecnologia menos madura que a digestão anaeróbica, a gaseificação térmica oferece, sem dúvida, maior potencial para inovação tecnológica e redução de custos. As perspectivas seriam ainda melhores se as empresas produtoras de gás já estabelecidas investissem recursos em seu desenvolvimento, visto que essa tecnologia parece mais adequada ao seu conhecimento e expertise técnica.
O crescente interesse no biometano significa que o número de usinas em operação no mundo (tanto de purificação de biogás quanto de gaseificação de biomassa) deverá ultrapassar 1.000 ao longo de 2020. Cerca de 60% das usinas atualmente em operação e em desenvolvimento injetam biometano na rede de distribuição de gás, com outros 20% fornecendo combustível para veículos. O restante fornece metano para uma variedade de usos finais locais.
A bioenergia representa cerca de 10% da demanda mundial de energia primária atualmente. Ela pode ser consumida em forma sólida, líquida ou gasosa, sendo que o uso mais comum da bioenergia hoje em dia é a biomassa sólida (cerca de 90%).
O uso de biomassa sólida é geralmente categorizado como “tradicional” ou “moderno”, e atualmente a demanda está dividida quase igualmente entre os dois. 
A biomassa moderna depende de tecnologias mais avançadas, principalmente na geração de eletricidade e em aplicações industriais, que utilizam combustíveis aprimorados, como lascas e pellets de madeira. O uso tradicional refere-se à queima de biomassa sólida, como madeira, carvão vegetal, resíduos agrícolas e esterco animal, para cozinhar ou aquecer, utilizando tecnologias básicas, como fogões de três pedras. Com baixas taxas de conversão e impactos negativos significativos na saúde devido à poluição do ar em ambientes fechados, muitas economias em desenvolvimento estão tentando mudar o consumo, afastando-o do uso tradicional.
A diferenciação entre tradicional e moderno não se aplica à bioenergia líquida e gasosa, visto que ambas são produzidas utilizando tecnologias avançadas. Os biocombustíveis líquidos representam cerca de 7% da demanda total de bioenergia atualmente. Os biocombustíveis são a principal fonte de energia renovável utilizada diretamente no setor de transportes, com um consumo de aproximadamente 90 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtoe), ou quase 2 milhões de barris de petróleo equivalente por dia, em 2018. Cerca de 70% dos biocombustíveis consumidos hoje são bioetanol, que geralmente é misturado à gasolina; a maior parte do restante é biodiesel.
Atualmente, o biogás e o biometano representam menos de 3% da demanda total de bioenergia e uma parcela ainda menor, de 0,3%, do total da energia primária. No entanto, há razões para acreditar que esses gases de baixo carbono poderão ganhar uma posição mais sólida no futuro.
Eles podem proporcionar os benefícios sistêmicos do gás natural (armazenamento, flexibilidade, aquecimento em alta temperatura) sem emissões líquidas de carbono. À medida que as economias se descarbonizam, esse se torna um atributo crucial.
O biogás fornece um suprimento sustentável de calor e energia que pode atender comunidades que buscam fontes de energia locais e descentralizadas, além de ser um combustível valioso para cozinhar em países em desenvolvimento.
O benefício da redução de gases de efeito estufa é amplificado pelo processamento e uso do metano (um potente gás de efeito estufa) que, de outra forma, poderia ser liberado na atmosfera pela decomposição de subprodutos orgânicos e resíduos.
O biogás e o biometano também podem desempenhar um papel importante na gestão de resíduos, melhorando a eficiência geral dos recursos.
Nos casos em que substitui o gás transportado ou importado por longas distâncias, o biogás e o biometano também proporcionam benefícios em termos de segurança energética.
Há também considerações mais amplas, não relacionadas à energia, como a reciclagem de nutrientes, a criação de empregos rurais ou a redução do tempo gasto em comunidades de baixa renda coletando lenha. Tanto o biogás quanto o biometano podem ser desenvolvidos em larga escala por meio de parcerias entre os setores de energia e agricultura. Ao transformar uma variedade de resíduos orgânicos em produtos de maior valor agregado, o biogás e o biometano se encaixam bem no conceito de economia circular.
A energia renovável permite reduzir as emissões e retardar o esgotamento dos combustíveis fósseis. Além disso, a pesquisa contínua, juntamente com os desenvolvimentos tecnológicos neste campo, ajudou o investimento e a implantação de tecnologias de energia limpa a crescer em todo o mundo. Uma opção plausível e estabelecida de conversão de resíduos em energia que tem sido amplamente adotada é a produção de biogás a partir de fluxos de resíduos ricos em orgânicos (biomassa da cana-de-açúcar como a vinhaça) por meio de processo ou tecnologia de digestão anaeróbica e convertê-lo em biogás contendo CH4.
O biogás contém 40–75% CH4 e 15–60% CO2 (por volume), com pequenas quantidades de hidrogênio (H2 ), nitrogênio (N2 ), sulfeto de hidrogênio (H2S), oxigênio (O2 ), e água (H2O). 
O biogás tem uma ampla variedade de aplicações, incluindo como substituto do gás natural e óleo de aquecimento, uma atualização para utilização como combustível de transporte e uso na produção de calor e eletricidade usando a tecnologia combinada de calor e energia.  
A produção de biogás é uma tecnologia bem estabelecida principalmente para a geração de energia renovável e também para a valorização de resíduos orgânicos como a vinhaça da cana-de-açúcar. 
O biogás é o produto final de um processo mediado por via biológica, a chamada digestão anaeróbia, em que diferentes microrganismos seguem diversas vias metabólicas para decompor a matéria orgânica.
A digestão anaeróbia de culturas energéticas como da cana-de-açúcar é de interesse crescente para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e facilitar o desenvolvimento sustentável do fornecimento de energia.
O tratamento anaeróbico (fermentação) minimiza a sobrevivência de patógenos, o que é importante para usar o resíduo digerido como um fertilizante. Valioso (amônia) devido ao aumento da disponibilidade de nitrogênio e ao melhor efeito de fertilização a curto prazo. Atualmente, o setor de biogás está crescendo rapidamente e novas conquistas criam a base para a constituição de usinas de biogás como fábricas avançadas de bioenergia.
Nesse contexto, as usinas de biogás são a base de um conceito de economia circular voltado para a reciclagem de nutrientes, redução de emissões de gases de efeito estufa e para fins de biorrefinaria. A produção de biometano fornece uma fonte de energia renovável, pois o metano pode ser usado para substituir combustíveis fósseis na geração de calor e energia e como combustível veicular.
Acredita-se que o biogás (biometano) criado através da biomassa da cana-de-açúcar seja a base do futuro fornecimento de energia. O biogás e o biometano podem substituir os combustíveis tradicionais para fornecer calor e eletricidade. O biogás e o biometano são utilizados em diversas áreas, incluindo aplicações automotivas, geração de energia e fabricação de produtos químicos e materiais. 
Além disso, os resíduos secundários, que são um subproduto deste processo, são um fertilizante agrícola de alto valor, amônia verde, hidrogênio e gás carbônico industrial. 
A geração de biogás usando digestão anaeróbica (AD) tem benefícios substanciais em relação a outros métodos de produção de bioenergia. 
Importante destacar o exemplo de sustentabilidade da planta de biogás da Raízen que consolida portfólio de energias renováveis. Com capacidade instalada de 21 MW, unidade no interior de São Paulo produzirá energia elétrica por meio de vinhaça e torta de filtro, subprodutos da cana-de-açúcar
A unidade em Guariba é fruto da joint venture entre a Raízen e a Geo Energética, a Raízen Geo Biogás S.A., com foco na produção de biogás a partir de resíduos agrícolas. Construída junto à usina Bonfim, unidade da Raízen com uma moagem de mais de 5 milhões de toneladas de cana por ano que gera elevado volume de vinhaça e torta de filtro e atendem às necessidades de um projeto de biogás em escala comercial, a vinhaça será operada na safra e a torta, ao longo do ano inteiro. A expectativa é que essa combinação chegará em uma produção na ordem de 138 mil MWh. A planta de 363.000 m² (36,3 hectares) e 153.1000 m² de área construída, contou com investimento de R$ 153 milhões.
O projeto representa uma revolução no tratamento dos resíduos agroindustriais, consolidando a prática de economia circular adotada em seus processos produtivos.
Recentemente, a unidade recebeu autorização da CPFL e ANEEL para comercializar energia. Com a autorização, a planta passou a fornecer a energia gerada ao grid. Dos 138 mil MWh por ano de capacidade instalada, 96 mil MWh serão vendidos dentro de um contrato negociado em leilão em 2016 do qual a Raízen foi a vencedora. O valor excedente de energia poderá ser negociado no mercado livre ou outros contratos.
A energia gerada por biogás pode ser produzida durante o ano inteiro, o que oferece estabilidade energética para o sistema elétrico nacional e impacta o desenvolvimento econômico do País de maneira sustentável. da indústria para sustentabilidade em seu núcleo. 
Com expansão registrada em vários países, por conta de sua viabilidade econômica como combustível renovável, há hoje no mundo 1.020 plantas de biometano, segundo estudo de mercado da Associação Internacional de Gás Natural (Cedigaz).  Embora a maior parte da produção esteja centralizada na Europa, com 2 bilhões de m³ de biometano, há tendência de globalização no gás natural renovável. Nesse ponto, o destaque fica por conta dos Estados Unidos, que expande o uso do biometano para uso veicular, e os planos em ação de China, Índia e Brasil, que criam regulamentações e metas de uso do combustível renovável.
A onda das biorrefinarias e da economia circular trouxe um novo impulso para integrar o processamento de vinhaça nas destilarias autônomas existentes ou anexas. 
Esta tendência também se alinha com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas, mais diretamente com o ODS7 (Energia Limpa e Acessível) e o ODS 13 (Ação Climática), com potencial para aumentar a recuperação de energia verde armazenada na cana-de-açúcar.
A produção de etanol de cana-de-açúcar gera cerca de 360 bilhões de litros de vinhaça, um efluente líquido com demanda química média de oxigênio de 46 mil mg/L. A vinhaça ainda contém cerca de 11% da energia original do caldo da cana, mas essa energia química é diluída. Esse resíduo, geralmente descartado ou aplicado na fertirrigação, é um substrato adequado para digestão anaeróbia. Com potencial de biometano variando de 215 a 324 L de metano produzido por quilograma de matéria orgânica na vinhaça.
A digestão anaeróbica é um processo natural e onipresente onde uma comunidade microbiana trabalha sinergicamente, convertendo o carbono orgânico disponível em metano e dióxido de carbono. Este processo pode ser explicado em quatro etapas: hidrólise , acidogênese , acetogênese e metanogênese. A mistura gasosa produzida é comumente denominada biogás , contendo 60–70% de metano e 30–40% de dióxido de carbono. 
Gases residuais, como hidrogênio e sulfeto de hidrogênio, também podem ser encontrados em pequenas quantidades. A fração purificada, após absorção de CO2 e, portanto, com maior concentração de metano, é denominada biometano . Esta fração pode ser pura o suficiente para ser alimentada em gasodutos de gás natural.
Dados da ABiogás indicam potencial de produção de biogás (biometano) do setor sucroenergético de 39,8 bilhões de Nm³ por ano, considerando vinhaça, torta de filtro, bagaço e palha. Atualmente são gerados 135 milhões de Nm³ de biogás por ano, considerando quatro usinas em operação no país, ou seja, é aproveitado 0,3% do potencial nacional (considerando vinhaça, torta de filtro, bagaço e palha). Isso mostra que ainda há muito espaço para o aproveitamento dos resíduos derivados do setor.
O produtor de biogás e biometano do setor sucroenergético pode encontrar uma importante fonte de energia para a descarbonização de suas operações e tratamento adequado de dois importantes resíduos, especialmente vinhaça e torta de filtro. As unidades industriais deste setor possuem grande conexão com os principais negócios de energia: mobilidade e geração de energia elétrica. Em ambos os casos, o setor sucroenergético se posiciona como conectado à agenda de redução de emissões de carbono. Os produtos à base de biometano têm grande potencial para participar da grande maioria dos negócios das usinas do setor. 
Estima-se que mais de 230 milhões de toneladas (Mt) de CO2  sejam utilizadas todos os anos em todo o mundo. A indústria de fertilizantes é a maior consumidora, com 130 Mt de CO2  utilizados na produção de ureia, seguida pelo petróleo e gás, que consome 70 a 80 Mt de CO2  para recuperação melhorada de petróleo. 
Muitas indústrias dependem  do  CO2  para as suas operações e produção quotidianas, como as cervejarias, a alimentação e bebidas e a agricultura, para citar apenas algumas.
Nos últimos anos, o biogás ganhou popularidade como combustível “verde”. Trata-se do metano produzido pela digestão anaeróbica, que pode ser utilizado para substituir o gás natural convencional em aterros sanitários ou “digestores” que convertem estrume animal ou resíduos alimentares. 
O biogás normalmente contém 60% de biometano, que é um combustível renovável, e 34% de CO2 , que é um produto residual natural. Em vez de desperdiçar e emitir este CO2 residual que pode ser recuperado e reciclado, melhorando a sustentabilidade da instalação e as credenciais de economia circular. Acredita-se que o CO2 verde  criado a partir do biogás tenha maior confiabilidade de fornecimento e seja um produto mais sustentável do que o CO2 normal  derivado de combustíveis fósseis. 
O biogás também ajuda a reduzir as emissões de metano provenientes da vinhaça  que, de outra forma, poderiam escapar. Ao transformar este metano em CO2 , que é até 34 vezes menos potente como gás com efeito de estufa, a sua utilização como combustível minimiza significativamente o seu impacto climático.
O CO2 derivado da usina de biogás, que pode ser valorizado e inserido no mercado, considerando-se as possibilidades de utilização e a demanda existente no Brasil. 
O CO2 pode ser utilizado em diversos setores industriais para diferentes finalidades, deixando de ser classificado como um resíduo e tornando-se um recurso, um produto valorizado. A fiabilidade da produção de CO2 a partir de centrais de biogás é um argumento convincente para as empresas considerarem a transição das fontes tradicionais de CO2. 
A disponibilidade de CO2 durante todo o ano, com paralisações limitadas, proporciona um fornecimento estável, essencial para as indústrias que dependem deste recurso. A indústria de alimentos e bebidas, a agricultura em estufas e as aplicações médicas e farmacêuticas podem se beneficiar enormemente com esse fornecimento consistente. 
Além disso, as vantagens ambientais associadas às centrais de biogás, incluindo a redução das emissões de carbono e a geração de energia sustentável, tornam-nas num investimento valioso para um futuro mais sustentável. A decisão de adotar o biogás como fonte confiável de CO2 pode envolver alguns riscos, mas os benefícios potenciais fazem com que valha a pena correr esse risco.
A taxa de crescimento esperada do consumo global total de todos os produtos agrícolas é igual à produção, e a produção mundial em 2050 poderá ser 60% maior do que em 2023. Isto representa um aumento de 77% nos países em desenvolvimento. Como resultado, a utilização global de fertilizantes poderá aumentar de 166 milhões de toneladas em 2023 para 263 milhões de toneladas em 2050. Em particular, até 2050, os países em desenvolvimento serão responsáveis por mais de 70% da utilização global de fertilizantes. 
Assim, o fertilizante orgânico produzido a partir de fontes renováveis (por exemplo, biogás) é amigo do ambiente e de baixo custo. Assim, tem potencial para atender às necessidades de fertilizantes para melhorar a produção e produtividade agrícola.
O biofertilizante, por sua vez, poderá ser aproveitado como fertilizante natural para realizar adubações das lavouras, pois se trata de um produto de excelente qualidade que, quando utilizado corretamente, praticamente não polui o ambiente, além de possuir características minerais, adequadas para o desenvolvimento das plantas.
O biofertilizante gerado a partir da tecnologia do biogás tem o potencial de melhorar a produção agrícola e a produtividade para uma agricultura sustentável a um baixo custo.  
A digestão anaeróbica tem potencial para produzir fertilizante orgânico com excelentes condições nutricionais, com níveis suficientes de Fósforo, Potássio, Cálcio, Magnésio, Manganês, Ferro e Zinco. Além disso, o fertilizante orgânico reduz a poluição do ambiente (fontes de água, solo) e a perda de microrganismos decompositores que são vitais para a melhoria da fertilidade do solo.
Com a redução do consumo de fertilizantes químicos, as lavouras e a pecuária têm vantagens, como a maior disponibilidade de potássio e nutrientes como o nitrogênio, além de corrigir o pH do solo . O biofertilizante também funciona como defensivo agrícola, no combate a pragas e doenças. 
Não poluente, favorece a multiplicação de microrganismos, fortalecendo o solo e melhorando a penetração do ar na terra. Utilizado com controle, respeitando os limites definidos pela legislação ambiental para aplicação no solo, as características de cada produto agrícola e avaliando a disponibilidade de nutrientes no digerido, não há risco de agredir o solo e causar desequilíbrios.
Assim, os biofertilizantes a partir do biogás têm potencial para aumentar o rendimento da cultura de 15% para 25%. A geração de adubo orgânico sustentável a partir da biomassa da cana-de-açúcar  é uma forma potencial de alcançar uma economia circular e também pode proporcionar um ambiente saudável e mais limpo. 
Além disso, quando comparado com outras opções de tratamento de resíduos, tem potencial para reduzir poluentes e emissões de gases com efeito de estufa. 
Também auxilia na redução do aquecimento global e na melhoria e manutenção da saúde do solo.
O mercado global de amônia verde (com biomassa) pode valer US$ 1,4 trilhões até 2050, impulsionados por investimentos em tecnologias que produzem amônia usando energia renovável, de acordo com um relatório da Agência Internacional de Energia (IEA). 
A Amônia Verde é produzida através do tradicional processo de síntese de Haber-Bosch, da combinação entre o Hidrogênio Verde e o nitrogênio capturado do ar. É a principal matéria-prima para a produção de fertilizantes nitrogenados, como nitrato de amônio e ureia.
A amônia (NH3) é um dos produtos químicos inorgânicos mais importantes e amplamente produzidos no mundo, que pode ser usado para produzir fertilizantes agrícolas como nitrato de amônio, fosfato de amônio e ureia, como agente de captura  em processos de remoção de gases ácidos.
Para refrigeração e ar condicionado em grande escala para edifícios e processos industriais, para fabricar materiais explosivos, fibras, plásticos, polímeros, papéis e ácidos e como combustível potencial para motores de combustão interna devido a uma alta taxa de octanas de  células de combustível (por exemplo, células de combustível de óxido sólido) para geração de energia. A produção global de amônia tem crescido constantemente nas últimas décadas.
O biogás também pode se tornar um componente importante da produção de amônia verde. Atualmente, 80% da produção de amônia é utilizada para fertilizantes. No entanto, a amônia também é considerada um combustível de emissão zero. A maior parte da amônia é produzida pelo processo Haber-Bosch por reforma a vapor do metano. 
A participação do gás natural na produção global de amônia foi de aproximadamente 68%. Além disso, foi relatado que o gás natural contribui com 70-85% dos custos de produção de amônia. Alcançar os objetivos da transformação verde exige enfrentar o desafio da produção de amoníaco sem combustíveis fósseis.  A produção de amônia geralmente pode ser alcançada de duas maneiras. A via convencional utiliza gás natural ou carvão gaseificado. A amônia produzida não pode ser considerada verde, pois é produzida a partir de componentes com emissões diferentes de zero. 
Por sua vez, o caminho verde requer fonte de energia com emissão zero (elétrica ou térmica) para produzir hidrogênio e nitrogênio verdes que podem ser convertidos em amônia. 
A via verde alternativa é a substituição do gás natural pelo biometano. Esta abordagem alternativa verde pode ajudar a atender à crescente demanda por amônia verde.  Além disso, a amônia também pode ser recuperada do digerido durante a digestão anaeróbica, que é um método promissor para promover o ciclo do nitrogênio, economia de energia e redução de emissões de GEE.
Reduzir a quantidade de dióxido de carbono produzido durante o processo de fabricação de amônia é fundamental para atingir as metas de zero emissões líquidas até 2050. 
A melhor maneira de reduzir as emissões de carbono ao produzir amônia é através do biogás com substrato da cana-de-açúcar com baixo teor de carbono.
Associação Brasileira das Indústrias de Biomassa e Energia Renovável