Resumo da notícia
- Pesquisadores da Unesp descobriram que baixas concentrações de soda cáustica (0,2% NaOH) aumentam a eficiência da produção de biogás a partir de resíduos orgânicos, superando doses elevadas.
- O pré-tratamento termoalcalino com baixas doses rompe a barreira vegetal dos resíduos, liberando carboidratos para microrganismos e otimizando a geração rápida e maior de metano, principal componente do biogás.
- Uso excessivo de hidróxido de sódio prejudica microrganismos, eleva custos e impacta o meio ambiente, mostrando que menor concentração é mais sustentável e econômica para processos industriais de biogás.
Pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) descobriram que baixas concentrações de soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH) preparam resíduos orgânicos para a produção de biogás com mais eficiência do que doses elevadas. A descoberta eleva a geração de metano, reduz o consumo de reagentes químicos e diminui os custos da operação industrial.
A equipe utilizou como matéria-prima bananas descartadas em varejões, cascas e frutos impróprios para comercialização. Apesar do alto teor de matéria orgânica, esses resíduos escondem seu potencial energético dentro de uma espécie de armadura vegetal, formada por substâncias como celulose e lignina. Essa barreira dificulta o acesso dos microrganismos aos açúcares fermentáveis e limita a digestão anaeróbia, processo pelo qual comunidades de microrganismos decompõem a matéria orgânica na ausência de oxigênio.
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Durante o processo, os microrganismos quebram moléculas complexas em compostos cada vez mais simples até formar o metano (CH₄), principal componente energético do biogás.
Como funciona o pré-tratamento termoalcalino
“Para aumentar a eficiência da produção de biogás, é necessário aplicar um pré-tratamento. Nós optamos pelo termoalcalino (que combina calor e produtos químicos). A biomassa foi aquecida na presença de diferentes concentrações de hidróxido de sódio, variando entre 0,2% e 3%. O objetivo era romper parcialmente a barreira formada pela lignina, tornando os carboidratos mais acessíveis aos microrganismos”, explica Sandra Imaculada Maintinguer, integrante do Instituto de Pesquisa em Bioenergia da Universidade Estadual Paulista (IPBEN-Unesp) e coordenadora da pesquisa.
Os testes contrariaram a expectativa intuitiva de que doses maiores de reagente trariam melhor desempenho. Pelo contrário: a eficiência máxima apareceu justamente nas menores concentrações testadas. A dose de apenas 0,2% de NaOH promoveu a maior solubilização de carboidratos, alcançando 12.110 miligramas por litro (mg/L). Ou seja, mais que o dobro dos 4.785 mg/L registrados no material sem pré-tratamento. Uma concentração ligeiramente maior, de 0,4%, gerou a maior produção acumulada de metano, mas a dose de 0,2% produziu o gás com mais velocidade.
“Isso é importante porque, além de aumentar os custos da produção, o uso elevado de hidróxido de sódio inibe a ação dos microrganismos responsáveis pela geração do metano e pode causar maior impacto sobre o meio ambiente”, destaca Larissa Ayumi Yamamoto, graduanda no IPBEN-Unesp e primeira autora do artigo, publicado em maio na revista científica Bioenergy Research.
Excesso de reagente prejudica microrganismos e encarece o processo
Em pequenas quantidades, a soda cáustica rompe parcialmente a estrutura vegetal e libera açúcares que alimentam os microrganismos. Em excesso, porém, o reagente passa a atacar os próprios microrganismos, o que atrapalha ou até inviabiliza o processo. “Não adianta colocar 20%, porque se torna inibitório”, resume Maintinguer. A redução da quantidade de reagente também melhora a perspectiva de aplicação industrial, já que facilita o tratamento posterior de efluentes. “Para a indústria, quanto menor a concentração de hidróxido de sódio, melhor”, completa a pesquisadora.
Maintinguer observa que São Paulo reúne condições particularmente favoráveis para esse tipo de tecnologia. Como grande produtor de frutas, o Estado gera quantidades enormes de resíduos ao longo de toda a cadeia produtiva. Desde frutos descartados ainda na propriedade até sobras do beneficiamento industrial e da comercialização. “A ideia é fechar esse ciclo. Em vez de encaminhar restos e frutas fora do padrão comercial para aterros, esses resíduos podem alimentar biodigestores capazes de produzir energia, transformando um passivo ambiental em uma fonte renovável”, pondera a pesquisadora.
Bactérias e arqueias definem o desempenho do sistema
Os resultados mostraram que o desempenho do biodigestor depende não apenas da quantidade de matéria orgânica disponível, mas também de quais bactérias atuam no processo e quais caminhos elas usam para digerir a matéria. No reator tratado com 0,4% de hidróxido de sódio, predominaram bactérias dos gêneros Paraclostridium e Clostridium, além de arqueias metanogênicas, organismos unicelulares produtores de metano, dos gêneros Methanothrix e Methanoregula.
“Nós avaliamos o consórcio microbiano presente no reator, conseguimos acompanhar como esse sistema evolui e quais rotas metabólicas os microrganismos percorrem ao longo do processo”, explica Ana Gabriela Oliveira Ferreira Janas, doutoranda no IPBEN-Unesp. “Portanto, são informações que a pesquisa pode oferecer para a indústria.”
Digestão anaeróbia funciona como turnos de trabalho microbiano
Maintinguer compara a digestão anaeróbia a uma sucessão de etapas cumpridas por diferentes grupos de microrganismos. “Entramos com a matéria orgânica bruta e os microrganismos vão quebrando essa matéria em compostos cada vez mais simples. Esses intermediários acabam sendo consumidos por outros microrganismos até chegar à formação do metano”, detalha.
O estudo integra um programa mais amplo do grupo da Unesp, que busca transformar resíduos agroindustriais em fontes de energia e outros produtos de valor agregado. Além da banana, os pesquisadores também estudam resíduos de laranja e goiaba, águas residuárias do processamento de frutas e diferentes estratégias de digestão e codigestão anaeróbias, técnica que mistura diferentes tipos de resíduos no mesmo reator para potencializar a geração de energia.
Dependendo das condições operacionais e da comunidade microbiana presente, os pesquisadores podem direcionar esses sistemas não apenas à produção de biogás. Mas também à obtenção de outros compostos de interesse industrial. Em outro trabalho, ainda em processo de revisão para publicação, Janas e colaboradores investigaram a codigestão anaeróbia de resíduos para produzir bio-hidrogênio.