O que é a 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 criado setores específicos como o de biodigestores.
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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.
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Quais são as fases da biodigestão anaeróbia?
Em 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 a compostos orgânicos simples (monômeros) como aminoácidos, ácidos graxos e açúcares.
Existem diversos tipos de hidrólise, como as que variam em função da matéria orgânica utilizada. Por exemplo, a hidrólise de glicosídeos para a formação de açúcares e de proteínas para aminoácidos.
Esse processo é de fundamental importância para a produção de biogás, pois 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 substâncias resultantes da hidrólise são transformadas por bactérias fermentativas em ácido propanóico, ácido butanóico, ácido láctico e álcoois, 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 acúmulo 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 é transformado em ácido etanóico, hidrogênio e gás carbônico por bactérias acetogênicas. Essa é uma das fases mais delicadas do processo, pois é necessário manter o equilíbrio para que a quantidade de Hidrogênio gerada seja consumida pelas bactérias Archeas responsáveis pela metanogênese.
A metanogênese ocorre por diferentes grupos de bactérias, basicamente, por meio de duas reações. Na primeira reação ocorre a geração de metano e gás carbônico derivados do ácido acético. Na segunda o hidrogênio e o gás carbônico dão origem ao metano e a água.
Quais são os fatores que influenciam a produção de biogás?
A temperatura
As milhares de bactérias coexistentes durante a biodigestão trabalham em temperaturas diferentes umas das outras. Cada grupo de bactérias possui uma temperatura ideal de trabalho em que a sua eficiência é maior.
Podemos então classificar os microrganismos de acordo com o seu ponto mais alto de eficiência térmica em três 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 completamente a produção de biogás de um sistema.
A acidez (pH)
A 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].
A homogeneidade do substrato
A eficiência na geração de biogás tem íntima ligação com o processo de mistura do substrato. Substratos 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 à diferença de densidade, enquanto que a maior parte do substrato fica na parte de cima. Nesse caso, devido à diminuição do contato entre as bactérias e o substrato, a geração de biogás diminui significativamente.
Devido à codependência das bactérias da acetogênese e da metanogênese, uma mistura excessiva pode ser prejudicial para a fase anaeróbia do 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, acrescentamos então um gerador elétrico acoplado a um motor de combustão.
Onde encontrar exemplos de biodigestão anaeróbia aplicada comercialmente?
A Alemanha tem mais de 9.200 biodigestores comerciais em operação, e faz o aproveitamento comercial completo deste segmento. O desenvolvimento próprio de tecnologia rende por ano vários milhões de euros às empresas alemãs com a construção de projetos em outros países.
Casos reais e de sucessos com lucros e independência energética. O momento é agora para conhecer mais sobre esse tipo de empreendimento!
Mas como a Alemanha se tornou líder em tecnologias no setor de biogás? Quais os segredos do país para dominar um setor que promete ser a base de mudança na forma de consumo de energia da humanidade? O que os outros países podem aprender com a Alemanha?
Como medir a eficiência de um biodigestor anaeróbio?
Biodigestor indiano, chinês, canadense, alemão, de batelada… são inúmeros os tipos e modelos de biodigestores. O conhecimento utilizado aqui é praticado em todos os modelos de biodigestores existentes. Qual a diferença entre as tecnologias e como medir a eficiência de um biodigestor anaeróbio? Os profissionais que pretendem trabalhar nesta área não podem ficar sem resposta para essas questões.
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.
