Farmácia e Biotecnologia

27 de Maio de 2015

Artigo Técnico: Geração de Bioenergia (H2 e CH4) com resíduos industriais (glicerol e vinhaça) integrando o processo produtivo agroindustrial (biodiesel e álcool) com a valorização de resíduos e adequação ambiental

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Publicado por: Quimica e Derivados
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    Texto: Giovanna Lovato; Suzana Maria Ratusznei; José Alberto Domingues Rodrigues

    Química e Derivados, Dois dos reatores usados atualmente no Laboratório de Engenharia Bioquímica.

    Dois dos reatores usados atualmente no Laboratório de Engenharia Bioquímica.

    Cerca de 80% da demanda de energia global é atendida por combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão) e as reservas desses combustíveis vêm encolhendo com o passar dos anos. Os óxidos resultantes da sua combustão, tais como COx, NOx e SOx, estão exercendo papel fundamental na mudança climática exacerbada, destruição da camada de ozônio, chuva ácida e poluição. Recentemente, os esforços se concentram no desenvolvimento de alternativas de energia limpa para dar continuidade ao crescimento econômico global sem prejudicar o meio ambiente. Dentre os potenciais candidatos, destacam-se o metano e o hidrogênio produzidos a partir de efluentes industriais mediante digestão biológica anaeróbia (Leite et al., 2008 e Wu et al., 2013).

    A produção de metano (CH4) a partir de uma variedade de resíduos biológicos por digestão anaeróbia está crescendo globalmente, pois é uma tecnologia consolidada e seu teor de energia é de 55,6 kJ,g-1, o que representa um aumento de 17% em relação ao teor da gasolina (47,5 kJ.g-1). Além disso, os benefícios cruciais oferecidos pelo uso de biogás em vez do gás natural são: (i) é produzido por fontes renováveis; (ii) é produzido localmente e sem dependência de óleo importado ou reservas de gás natural; (iii) ajuda a reduzir a poluição produzida por resíduos orgânicos, responsável pela maior parte da poluição das águas naturais; e (iv) ajuda a retardar os problemas de gerenciamento de resíduos (Chandra et al., 2012).

    Produzir metano pela digestão anaeróbia de efluentes e resíduos (incluindo lodo de esgoto, esterco e a fração orgânica dos rejeitos municipais) é algo amplamente aplicado. Neste processo, o hidrogênio (H2) é um produto intermediário que, entretanto, não permanece disponível devido à sua rápida utilização e conversão em metano pelos microrganismos metanogênicos.

    O hidrogênio é considerado como o combustível do futuro por seu alto teor de energia (122 kJ.g-1) e, principalmente, por só produzir água ao reagir com o oxigênio em células combustíveis. Diversas pesquisas demonstram a viabilidade da utilização do H2, produzido biologicamente, para geração de energia, mas o mesmo ainda é considerado como uma tecnologia recente e apresenta resultados muito divergentes; mas pelas vantagens desse biogás, um grande esforço tem sido feito para produzi-lo com sucesso. Nos processos biológicos de produção de hidrogênio, a produção e o consumo do H2 são desvinculados do processo metanogênico, dessa forma o biohidrogênio fica disponível como produto final. Diversas investigações ainda são necessárias antes que seja possível a utilização dessa tecnologia em escala comercial, como já acontece com a produção de metano (Khanal, 2008).

    Diferentes águas residuárias são utilizadas como substrato para a produção de biogás (H2 e CH4), nas quais a fonte de matéria orgânica carbonácea consta de sacarose, amido de trigo, fração orgânica de resíduos sólidos, efluente de reatores biológicos, óleos vegetais, resíduos da produção de biodiesel, da produção de álcool e açúcar e muitos outros. O objetivo comum de tais estudos consta da avaliação da produtividade e da estabilidade do biorreator. Além disso, investigam a melhoria da composição das águas residuárias em termos do equilíbrio de nutrientes no intuito de possibilitar acréscimo de produção e, assim, otimizar a aplicação desses diversos efluentes.

    Neste contexto, o Laboratório de Engenharia Bioquímica da Escola de Engenharia Mauá do Instituto Mauá de Tecnologia (LEB/EEM/IMT) tem desenvolvido e otimizado reatores anaeróbios visando a produção de biohidrogênio e biometano por via acidogênica e metanogênica, respectivamente, com ênfase na otimização de novas propostas de configurações para viabilização de uma futura aplicação para uso do sistema em escala plena.

    Atualmente, dois tipos de biorreatores (equipamentos onde acontecem as reações entre água residuária e microrganismos com geração de biogás) são utilizados no LEB/EEM/IMT: o ASBR (Anaerobic Sequencing Batch Reactor) e o AnSBBR (Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactor) que podem ser operados em batelada e batelada alimentada. O ciclo típico desses dois reatores compreende quatro etapas: (i) alimentação que pode ter o tempo de enchimento variável, definindo a estratégia de enchimento como batelada e/ou batelada alimentada; (ii) tratamento propriamente dito, por meio das biotransformações dos constituintes da água residuária por microrganismos; (iii) sedimentação, quando a biomassa se encontrar na forma granulada (ASBR), pois quando a biomassa se encontra na forma imobilizada em suporte inerte (AnSBBR) esta etapa não é necessária; e (iv) descarga, com retirada do líquido tratado e clarificado. As maiores vantagens desse tipo de operação são a sua simplicidade, controle de qualidade eficiente do efluente e possibilidade de aplicação deste tipo de tratamento em diferentes escalas de tamanho.


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