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Entenda o processo da Biodigestão Anaeróbia

O que é Biodigestão anaeróbia e como acontece? More »

 

Biodigestão Anaeróbia

biodigestão anaeróbia

A biodigestão anaeróbia é o processo de decomposição de matéria orgânica que ocorre na ausência de oxigênio gerando o biogás e um resíduo líquido rico em minerais que pode ser utilizado como biofertilizante. O biogás é composto principalmente de metano e gás carbônico, ambos com ampla utilização na indústria. A combustão do metano libera energia térmica que pode ser convertida em outras formas de energia, o que dá ao biogás a conotação de Fonte de Energia Renovável. O uso do biogás como fonte de energia tem aumentado muito o seu valor de mercado e criando setores específicos como o de biodigestores.

Nos biodigestores, a biodigestão anaeróbia ocorre nos chamados fermentadores. As técnicas aplicadas nos fermentadores são fundamentais para o aumento da eficiência na produção de biogás e biofertilizantes fazendo com que estes sejam o principal componente de um biodigestor, independente do modelo.

A nível bacteriano, a biodigestão anaeróbia acontece em 4 etapas: A Hidrólise  a Acidogênese, a Acetogênese e a Metanogênese.

Na hidrólise as ligações moleculares complexas (polímeros) como carboidratos, proteínas e gorduras, são quebradas por enzimas em um processo bioquímico liberadas por um grupo específico de bactérias e dão origem à compostos orgânicos simples (monômeros) como aminoácidos, ácidos glaxos e açúcares como mostrado na equação abaixo:

Hidrólise na processo de biogestão - Portal do Biogás

Hidrólise na processo de biogestão – Portal do Biogás

Existem diversos tipos de hidrólise como por exemplo que variam em função da matéria orgânica utilizada como por exemplo a hidrólise de glicosídeos para a formação de açucares e de proteínas para aminoácidos.

Esse processo é de fundamental importância para a produção de biogás por somente com a quebra dos polímeros maiores é que começa o processo de biodigestão, contudo esse processo ocorre na ausência ou não de oxigênio.

Na Acidogênese as substancia resultantes da hidrólise são transformadas por bactérias fermentativas em ácido propanóico, ácido butanóico, ácido láctico e alcoóis assim como hidrogênio e gás carbônico. A formação de produtos nesta fase também depende da quantidade de hidrogênio dissolvido na mistura. Quando a concentração de hidrogênio é muito alta, interfere negativamente na eficiência da acidogênese o que causa o acumulo de ácidos orgânicos. Com isso, o pH da mistura baixa e o processo pode ser quase que totalmente afetado.

Na Acetogênese o material resultante da acidogênese são transformados em ácido etanóico, hidrogênio e gás carbônico por bactérias acetogênicas. Esse é uma das fases mais delicadas do processo, pois é necessário manter o equilíbrio para que a quantidade de hidrogênio gerado seja consumido pelas bactérias Archeas responsáveis pela metanogênese.

A metanogênese ocorre por diferentes grupos de bactérias basicamente através de duas reações como mostrado abaixo:

Processo químico da metanogênese

Processo químico da metanogênese

Na primeira reação, ocorre a geração de metano e gás carbônico derivados do acido acético. Na segunda o Hidrogênio e o gás carbônico dão origem ao metano e a água.

No vídeo abaixo, voce pode entender o que é e como acontece a biodigestão anaeróbia

Fatores que influem na produção de biogás

A temperatura
As milhares de bactérias co-existentes durante a biodigestão trabalham em temperaturas diferentes uma das outras. Cada grupo de bactérias possui uma temperatura ideal de trabalho onde sua eficiência é maior.
Podemos então classificar os microorganismos de acordo com o seu ponto mais alto de eficiência térmica em trés principais grupos: psicrofílicos (T<25C), Mesofílicos (de 37 a 42°C) e termofílicos (entre 50 e 60°C). [1]

A maior parte das bactérias da metanogênese são mesofílicas e trabalham em uma temperatura de aproximadamente 39°C. Variações nessa temperatura podem até anular quase que completamente a produção de biogás de um sistema.

O acidez (pH) 
O acidez segue pelo mesmo princípio da temperatura. Cada grupo de bactérias possuem seu ponto ideal de acidez. Nas fases da hidrólise e da acidogênese o pH ideal fica em torno de 5,2 à 6,3[1]. Já na acetogênese e metanogênese o pH ideal fica entre 6,5 à 8[2].

Veja nesse vídeo a ação das bactérias prejudicadas devido a mudança de pH do Substrato.

A homogeneidade do substrato
A eficiencia na geração de biogás tem sua intima ligação com o processo de mistura do substrato. Substrato não misturados tendem a formar camadas de acordo com a densidade da mistura no substrato. A maior parte das bactérias se acumulam no fundo do fermentador, devido a diferença de densidade enquanto que a maior parte do substrato fica na parte de cima. Nesse caso, devido a diminuição do contato entre as bactérias e o substrato, a geração de biogás diminui essencialmente.

Devido a uma codependência das bactérias da acetogênese e da metanogênese, uma mistura excessiva pode ser prejudicial para a fase anaeróbia deste processo, pois essas bactérias precisam estar próximas umas das outras.

Concentração de Oxigênio
As bactérias da metanogênese trabalham na completa ausência de oxigênio. Os mais baixos índices de concentração de oxigênio já podem reduzir significativamente a ação dessas bactérias. Por isso é de extrema importância um perfeito isolamento dos fermentadores.

Se o biogás for usado para a geração de energia elétrica elétrica, acrescentamos então um gerador elétrico acoplado a um motor de combustão.

Fontes:

[1] Weiland, P.: Grundlagen der Methangährung – Biologie und Substrate; VDI-Berichte; Nr. 1620 “Biogas als regenerative Energie-Stand und Perspektiven”.
[2] Lebuhn, M; Bauer, C; Gronauer, A.; Probleme der Biogasproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen im Langzeitbetrieb und molekularbiologische Analytik. VDLUFA-Schftenreihe 64, 2008, S 118-125.

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About Gleysson B. Machado

Dip. Ing. Verfahrenstechnik (Eng. Química) pela Universidade de Ciências Aplicadas de Frankfurt/M na Alemanha com especialização e experiência em Tecnologias para geração de Energia e Engenharia Ambiental. Larga experiência em Resíduos Sólidos com foco em Biodigestores Anaeróbios.

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