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fevereiro 29, 2016
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Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

Como é gerado o biogás? Como funciona a fermentação anaeróbia? Quais os fatores que podem influenciar na eficiência do processo? Qual o segredo para produzir mais metano? Como funciona a Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia?

Este é o ponto mais importante de qualquer tecnologia de biodigestor. Na maioria das vezes o principal argumento para a concepção de um projeto, é a produção de biogás. Isso independe do tamanho e valor do projeto. Mas nem todos conseguem gerar biogás com a mesma eficiência. Nem todos geram metano em quantidade considerável para demonstrar o sucesso do projeto.

Dentro do processo de biodigestão, são as bactérias da metanogênese as responsáveis pela geração de metano. Esse grupo de bactérias é extremamente sensível a mudanças de ambiente. Em projetos sem automação do processo, as mudanças ocorrem com mais frequência e as consequências ficam evidentes.

Biodigestores comerciais precisam comprovar o controle de sua eficiência. Os engenheiros precisam fazer os investidores sentirem segurança demonstrando a segurança da operação em diferentes fases da fermentação anaeróbia.

Saiba mais em O maior biodigestor do mundo

A geração de biogás acontece de forma simultânea e interdependente. Uma alteração em uma das fases pode afetar todo o processo de biodigestão. Apesar de acontecer de forma simultânea, a sequência para a geração de biogás segue as etapas Hidrólise, Acidogênese, Acetogênese, Metanogênese e também de Sulfatogênese. A maior parte das reações são catabólicas, ou seja, a formação de biomassa é muito baixa.

Entender o processo de fermentação anaeróbia é parte fundamental para futuros profissionais que pretendem trabalhar com tratamento de resíduos orgânicos.

A metanogênese na Biodigestão Anaeróbia

Durante Metanogênese na Biodigestão Anaeróbia, o ácido acético, o hidrogênio e CO2 são convertidos em metano e gás carbônico. Isso ocorre com a ação de microrganismos metanogênicos classificados dentro do domínio das Archea.

As Archeas vivem em ambientes onde aceptores de elétrons (O2 e NO3-) são ausentes ou existentes em baixas concentrações. A metanogênese pode ser considerada como sendo uma respiração anaeróbia. Nela o CO2, o metil de compostos C-1, ou carbono do grupo metil do acetato é o aceptor de elétrons.

Conhecimento privilegiado

Até o Portal do Biogás publicar os artigos sobre as fases da Biodigestão Anaeróbia, esse conhecimento era de acesso extremamente dificultado. A maior parte das fontes de ciência sobre o assunto se encontram em seus idiomas nativos, ou seja, inglês e alemão. Manter esse conhecimento com acesso restrito tem explicações comerciais fortes. A Alemanha atual líder isolada deste mercado, tem mais de 9.200 (statista) biodigestores construídos enquanto que a Itália, o segundo colocado tem 1.300 biodigestores automatizados de uso comercial.

A equipe do Portal do Biogás entende que a implementação de biodigestores para o tratamento de resíduos pode ajudar na limpeza das cidades, rios, atmosfera além de gerar emprego e estimular o desenvolvimento sustentável onde for aplicado. Por isso, lançou o curso PLANO DE NEGÓCIO PARA BIODIGESTORES AUTOMATIZADOS como forma de disseminar o conhecimento essencial para o desenvolvimento de projetos nos locais onde de fato é necessário. Com isso, oferecemos oportunidades para profissionais em todo lugar do mundo onde chegar a internet.

Entender sobre as fases da biodigestão é o primeiro passo para entender sobre como medir a eficiência de biodigestores anaeróbios. Sao diversos fatores que influenciam diretamente qualquer projeto.

As bactérias da metanogênese

Archaea – responsáveis pela metanogênese

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.

O grupo portucalensis é responsável por 60 a 70% do metano produzido a partir do grupo metil do ácido acético. O grupo Methanosarcina thermophila utiliza acetato. Outros grupos também podem utilizar hidrogênio e dióxido de carbono para a geração de metano.

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.

O grupo portucalensis é responsável por 60 a 70% do metano produzido a partir do grupo metil do ácido acético. O grupo Methanosarcina thermophila utiliza acetato. 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 produzem metano a partir de hidrogênio e gás carbônico. Este processo libera uma maior quantidade de energia. Entre as famílias que se destacam podemos citar Methanosarcina, Methanohalophilus, Methanomicrobium, Methanoculleus, entre outras).

Segundo Bauer, em biodigestores com substratos agrícolas predominam bactérias que utilizam o hidrogênio e CO2 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 cerca de 70% do metano é derivado de acetato. O restante do trabalho é feito por bactérias metanogênicas hidrogenotróficas que produzem metano a partir de ácido acético e metano. (BAUER 2008).

Taxa de crescimento população bacteriana da metanogênese

A metanogênese costuma ser a mais sensível de todas as fases da biodigestão. A sensibilidade das bactérias às mudanças bruscas de ambiente faz com que a taxa de crescimento da população seja baixa.

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.

Leia mais em Como medir a eficiência de um Biodigestor Anaeróbio

Curiosidades da metanogênese

Ao contrário do que acontece na acetogênese, na metanogênese vemos uma grande quantidade de reações exotérmicas. A geração de metano a partir de hidrogênio e CO2 libera mais energia que a reação a partir de acetato.

Apesar das archeas metanogênicas acetoclásticas liberarem menos energia que as hidrogenotróficas, estas processam CO2 para a produção de metano. Isso ajuda na redução da quantidade final de gás carbônico do biogás gerado. Essa característica é explorada por tecnologias mais modernas para gerar biogás com um percentual cada vez maior de metano.

A formação de acetato se dá normalmente através da desidrogenação acetogênica de produtos resultantes das fases de hidrólise e fermentação. Também ocorre do processo inverso, da hidrogenação acetogênica a partir de hidrogênio e CO2 resultante do próprio processo de fermentação.(B. Machado 2016)

A Alemanha é líder de tecnologia neste mercado

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 alemães.

O investimento contante do Governo Alemão em pesquisas em biotecnologia garantem uma posição de soberania no mercado global. (Foto: Gleysson B. Machado)

Mas como a Alemanha se tornou líder em tecnologias no setor de biogás? Como 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?

Saiba mais sobre isso no artigo O biodigestor experimental da universidade de Hohenheim.

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:

  • 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.
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About gleysson

gleysson

Sou especialista em transformar problemas ambientais em negócios sustentáveis. Formado em 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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