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Entenda o processo da Biodigestão Anaeróbia

O que é Biodigestão anaeróbia e como acontece? More »

 

Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

Durante Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia, o ácido acético, o hidrogênio e dióxido de carbono são finalmente convertidos em metano e gás carbônico através da ação de microrganismos metanogênicos atualmente classificados dentro do domínio das Archea, conhecido como distinto das bactérias devido suas características genéticas. As Archeas possuem características únicas e particulares que as permitem viver em ambientes específicos onde aceptores de elétrons como por exemplo oxigênio (O2) e Nitrato (NO3-) são ausentes ou existentes em baixas concentrações. Desta forma, a metanogênese pode ser considerada como sendo uma respiração anaeróbia onde o gás carbônico ou o grupo metil de compostos C-1, ou carbono do grupo metil do acetato é o aceptor de elétrons.

Durante Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia, o ácido acético, o hidrogênio e dióxido de carbono são finalmente convertidos em metano e gás carbônico através da ação de microrganismos metanogênicos atualmente classificados dentro do domínio das Archea, conhecido como distinto das bactérias devido suas características genéticas. As Archeas possuem características únicas e particulares que as permitem viver em ambientes específicos onde aceptores de elétrons como por exemplo oxigênio (O2) e Nitrato (NO3-) são ausentes ou existentes em baixas concentrações. Desta forma, a metanogênese pode ser considerada como sendo uma respiração anaeróbia onde o gás carbônico ou o grupo metil de compostos C-1, ou carbono do grupo metil do acetato é o aceptor de elétrons.

As Archeas são divididas em dois grupos principais em função de sua fisiologia. Enquanto os microrganismos metanogênicos hidrogenotróficos utilizam o hidrogênio e dióxido de carbono, os metanogênicos acetoclásticos utilizam basicamente o ácido acético e metanol para a geração de metano e gás carbônico.

Na figura abaixo é possível visualizar os grupos das Archeas:

As Archeas são divididas em dois grupos principais em função de sua fisiologia. Enquanto os microrganismos metanogênicos hidrogenotróficos utilizam o hidrogênio e dióxido de carbono, os metanogênicos acetoclásticos utilizam basicamente o ácido acético e metanol para a geração de metano e gás carbônico.

As Archeas são divididas em dois grupos principais em função de sua fisiologia. Enquanto os microrganismos metanogênicos hidrogenotróficos utilizam o hidrogênio e dióxido de carbono, os metanogênicos acetoclásticos utilizam basicamente o ácido acético e metanol para a geração de metano e gás carbônico. (FONTE: GAEB Projeto PROBIOGÁS 2016)

a) Metanogênicas acetoclásticas

Em se tratando de quantidades, com certeza as metanogênicas acetoclásticas estão em número muito menor. Os principais grupos representantes são as Methanosarcina thermophila, Methanosaeta e Methanohalophilus portucalensis. Apesar de ter menos representatividade nas Archeas, este grupo é responsável por cerca de 60 a 70% do metano produzido a partir do grupo metil do ácido acético. O grupo Methanosarcina thermophila tem como característica a utilização exclusiva de acetato enquanto que os outros grupos também podem utilizar hidrogênio e dióxido de carbono para a geração de metano.

b) Metanogênicas hidrogenotróficas

Com exceção da Methanosarcina, praticamente todas as outras Archeas são capazes de produzir metano a partir de hidrogênio e gás carbônico, processo que libera uma maior quantidade de energia (Fig. 2.1.3.B). Entre as famílias que se destacam podemos citar Methanosarcina, Methanohalophilus, Methanomicrobium, Methanoculleus, entre outras).

Segundo Bauer, em biodigestores com alta carga orgânica volumétrica que utilizam substratos de origem agrícola existem uma predominância de bactérias que utilizam o hidrogênio e dióxido de carbono para a geração de metano. Neste tipo de biodigestor somente fermentadores com relativa baixa carga orgânica volumétrica existe predominância de bactérias metanogênicas acetoclásticas. Em projetos de tratamento de esgoto sanitário com tecnologia biodigestão anaeróbia onde o logo é utilizado como substrato, cerca de 70% do metano é derivado de acetato enquanto que o restante do trabalho das bactérias metanogênicas hidrogenotróficas que produzem metano a partir de ácido acético e metano. (BAUER 2008).

Devido à pequena taxa de crescimento da população bacteriana da metanogênese além da sensibilidade das bactérias às mudanças bruscas de ambiente, a metanogênese costuma ser a mais sensível de todas as fases da biodigestão. Por esta razão, os projetos de biodigestão anaeróbia precisam levar em consideração, acima de tudo, as condições ideias de meio ambiente para a fase da metanogênese e na medida do possível, tentar melhorar a eficiência de conversão das outras fases da biodigestão.

Reações da Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

Reações da Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

Na Fig. 2.1.4.B temos alguns exemplos de reações catalisadas por algumas Archeas com seus respectivos ganhos de energia. As equações E2.1.4.01 e E2.1.4.02 são idênticas as equações descritas na acidogênese de números E2.1.3.01 e E2.1.3.02 respectivamente.

Ao contrário do que acontece na acetogênese, na metanogênese vemos uma grande quantidade de reações exotérmicas, portanto, termodinamicamente favorecidas, com destaque para a geração de metano a partir de hidrogênio e gás carbônico, onde há uma grande quantidade de energia liberada, pelo menos 4 vezes mais energia liberada do que a segunda reação mais importante a partir de acetato.

Algumas Archeas como a Methanosaeta só conseguem realizar um tipo de reação e posterior geração de metano, neste caso a base de acetato, enquanto outras como a Methanosarcina são capazes de gerar metano a partir de ácido acético e também de hidrogênio e gás carbono.

Apesar de em suas reações, as archeas metanogênicas acetoclásticas liberarem uma pequena quantidade de energia em relação as hidrogenotróficas, estas são capazes de processar gás carbônico para a produção de metano, ajudando com isso também na redução da quantidade final de gás carbônico do biogás gerado. Essa característica é explorada por tecnologias mais modernas no intuito de se gerar biogás com um percentual cada vez maior de metano.

Principais fases da Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

Principais fases da Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

A formação de acetato se dá normalmente através da desidrogenação acetogênica de produtos resultantes das fases de hidrólise e fermentação, mas também pode ocorrer através do processo inverso, ou seja, da hidrogenação acetogênica a partir de hidrogênio e gás carbônico resultante do próprio processo de fermentação.

A partir da descarboxilação do acetato é possível obter metano e gás carbônico enquanto que a formação redutiva do metano a partir de hidrogênio e gás carbônico resulta também em água. (B. Machado 2016)-

Continue seu estudo sobre Biodigestão Anaeróbia clicando nas figuras abaixo:

Fontes:

  • B. Machado 2016: Bezerra Machado, Gleysson; Geração e Aproveitamento Energético do Biogás, PROJETO PROBIOGÁS 2016
  • BAUER 2008: C.; Korthals, M.; Gronauer, A.; Lebuhn, M.: Methanogens in biogas production from renewable resources – a novel molecular population analysis approach. Water Sci. Tech. 2008, 58, No. 7, S. 1433–1439.

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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