BIODIGESTORES, BIOGÁS
E BIOFERTILIZANTE
O aquecimento do sistema climático é inequívoco, como agora é evidente a partir de observações de aumentos nas temperaturas médias globais do ar e do oceano, derretimento generalizado de neve e gelo e aumento do nível médio global do mar. É muito provável que a maior parte do aquecimento climático ocorrido tenha sido causado por atividades humanas, incluindo, em particular, a queima de combustíveis fósseis que geram os gases de 'efeito estufa'.
No meio urbano, o setor de transportes é uma das causas mais importantes dos elevados níveis de poluição do ar: gases de efeito estufa e partículas finas emitidas pelos motores a gasolina e diesel, o chumbo, produzido pelo uso tradicional da gasolina….
O hidrogênio é um carreador de energia limpa e de alta eficiência, com potencial para substituir os combustíveis fósseis líquidos e gasosos. Embora o uso de hidrogênio em veículos com célula de combustível, que permite melhor eficiência de conversão e emissão de gases poluentes zero, seja o objetivo final para a mobilidade sustentável, muita atenção deve ser dedicada a uma "tecnologia de ponte" adequada, para acelerar o processo do introdução dessas novas tecnologias e, entretanto, construir uma infra-estrutura adequada para o aproveitamento do hidrogênio. (Amrouche et alii, 2010)
No curto e médio prazo, o uso de Gás Natural Comprimido Enriquecido com Hidrogênio “HCNG”, também chamado de Hythane, como combustível gasoso para alimentar o motor de combustão interna fará a ponte entre a lacuna dos combustíveis fósseis convencionais e o futuro limpo da energia do hidrogênio.
Esta tecnologia consiste em fornecer diferentes concentrações de Hidrogênio ao GNV (Gás Natural Comprimido) para formar o combustível HCNG, que alimenta motores de combustão interna dedicados ou utilizando kits de instalações de conversão para este combustível nos motores de Ignição por Centelha e Ignição por Compressão com as devidas modificações de cada tecnologia. A injeção de hidrogênio torna a combustão mais completa, com a diminuição das emissões de gases de escape inclusive (NOx, CO, HC ...).
Global energy system transition, 1850-2150. [Continuous evolution of ''decarbonisation'' improvement in ratio of hydrogen to carbon]
Uma saída para um futuro verde
Biogás é a mistura de todos os gases produzidos durante a decomposição de resíduos orgânicos. A decomposição dos resíduos orgânicos quando ocorre em ambientes fechados, ou seja, em locais sem a troca de ar ou em ambientes alagados, onde o resíduo submerso está sem o contato com atmosfera, caracterizando-se como ambientes anaeróbios (locais sem a presença de oxigênio atmosférico livre). Somente nessas condições desenvolve-se micro-organismos anaeróbios que consomem os resíduos orgânicos e produzem o biogás.
O biogás é uma mistura de vários gases: gás metano (CH4), gás carbônico (CO2), vapor de água (H2O), sulfeto de hidrogênio (H2S), amônia (NH3) e outros gases que aparecem em proporções menores do que 1%.
(openedu)
The unequal geographic distribution of proven reserves of fossil fuels. The reserves are expressed in billions of tonnes of oil equivalent (toe), so that those for each fossil fuel can be compared with the others in terms of their primary energy content (1 toe = 42 GJ). Note: Oil reserves are dominated by those in the Middle East (61.7%); natural gas by the Russian Federation and Middle East (67.3%); coal is more equitably distributed. * The coal reserves of Africa and the Middle East have been combined in this figure. (openedu)
Global energy system transition, 1850-2150. [Continuous evolution of ''decarbonisation'' improvement in ratio of hydrogen to carbon]
Energia do biodigestor
A composição do biogás pode variar muito e depende diretamente do tipo de resíduo orgânico (matéria prima para produção de biogás ou simplesmente substrato) e das características do processo de biodigestão anaeróbia.
Entre todos os gases presente no biogás o único gás que é combustível é o gás metano. Os outros gases presentes no biogás são impurezas que vão causar corrosão e desgastes em tubulações, motores, entre outros equipamentos. Além de contribuir para redução do poder calorífico do biogás. Em determinados equipamentos a queima do biogás bruto pode causar prejuízos financeiros ao reduzir a vida útil, comprometendo o investimento realizado para produção do biogás. Nesse sentido, conforme o uso final do biogás é muito importante avaliar que tipo de processo de limpeza e purificação que será necessário.
Para uso comercial do biogás, em média ou grande escala, há a necessidade do desenvolvimento de grandes biodigestores (reatores anaeróbios).
Uma planta completa para a produção de biogás possui diferentes equipamentos distribuídos em várias unidades do processo: unidade de recebimento e estocagem de substrato (biomassa); unidade de alimentação; reatores anaeróbios; tanques de polimento e armazenamento do digestato; gasômetro para biogás; sistemas de limpeza e purificação do biogás; grupo gerador; estocagem do biometano; laboratórios de análise de substrato, análise de inóculos, análise do biogás e central de controle do processo. (energiaebiogás).
Já ouviu falar em gás dos pântanos ou gás do lixo?
Um exemplo de produção espontânea de biogás na natureza é o apodrecimento de materiais em pântanos, lodo em banhados misturado com a vegetação, árvores e outros resíduos vegetais submersos em alguma barragem ou áreas alagadas, até mesmo sedimento orgânico em lavouras de arroz podem produzir biogás. Ou seja, o biogás é gerado no processo natural de decomposição anaeróbia dos resíduos, em ambientes sem oxigênio atmosférico livre. Um bom exemplo de locais onde ocorre espontaneamente a produção de biogás: esterqueiras de dejetos bovinos, de aves e suínos, assim como em lixões, lodo de esgotos.
Benefícios do uso do biogás
Benefícios ambientais
A biodigestão de resíduos orgânicos possibilita uma destinação adequada, estabilizando os substratos que poderiam impactando o meio ambiente, contaminando o solo, poluindo os recursos hídricos e a atmosfera.(energiaebiogás)
O resíduo orgânico, quando biometanizado, contribui com a qualidade de vida de populações a regiões onde área atividades com potencial de poluição pelo excesso de carga orgânica. Ao evitar que os resíduos orgânicos apodreçam em locais inapropriados, indiretamente estará preservando a saúde pública de diferentes vetores.(energiaebiogás)
A decomposição dos resíduos, sem aproveitamento energético, além de configurar-se como um desperdício de energia também é um dos fatores responsáveis pelo aquecimento global. A emissão de carbono, seja na forma de diôxido de carbono ou metano, resulta no desiquilíbrio dos fatores climáticos. Atualmente observamos mudanças no ciclo das chuvas que impactam a produção agropecuária, a produção e o custo de energia elétrica (operação do sistema hidrotérmico de potência - despachos de hidrelétricas e termelétricas), assim como afeta toda dinâmica de climática como um todo, provocando eventos extremos que resultam em perdas econômicas e também em perdas de vida (decorrentes de furações, deslizamentos de terra por excesso de chuvas, secas, grandes nevascas, entre outros).(energiaebiogás)
Produção de energia
O uso do biogás possibilita a substituição direta de outras fontes de energia. Contribuí para autossuficiência energética do investidor. É um biocombustível que possui grande versatilidade de uso final e que não está diretamente exposto a variações cambiais do dólar e nem a variação do preço do barril de petróleo.
A geração de energia com biogás possibilita minimização dos riscos de exposição a mudanças de fatores climáticos, como estiagens que afetam níveis dos reservatórios das hidrelétricas. Não é afetado pela intermitência como são afetadas as fontes eólicas e de energia solar.
Na geração elétrica, o biogás é uma fonte despachável com reduzido custo de armazenamento, quando comparado aos sistemas de armazenamento de energia com baterias de chumbo-ácido, níquel-cádmio ou íons de lítio. Consideram a Análise do Ciclo de Vida (ACV) o biogás mostra-se extremamente vantajoso e competitivo também no segmento de armazenamento.(energiaebiogás)
Digestato e o potencial uso como biofertilizante
O digestato (produto gerado pela transformação bioquímica da matéria orgânica pela ação de bactérias e arquéias anaeróbios) obtido no final do processo de biodigestão anaeróbia é um efluente rico em nutrientes, quando obtido a partir de resíduos agrícola pode ser utilizado como biofertilizante, desde que esteja de acordo com a legislação que permita o seu uso como fertilizante. A produção de biogás pode contribuir diretamente com a redução de custos da produção agrícola, reduzindo a necessidade de compra de fertilizantes químicos. Indiretamente, essa substituição (fertilizantes comerciais pelo biofertilizante) também contribui para redução dos gases de efeito estufa, seja pela emissões evitadas durante a produção de fertilizantes, seja pelas emissões evitadas na logística para a fábrica de fertilizante e a propriedade rural onde será aplicado.
Substâncias tóxicas presentes no biogás
O sulfeto de hidrogênio (H2S) é extremamente tóxico e caso seja inspirado em certas quantidades, causa sufocamento interno. A exposição prolongada ao ar com concentrações de apenas 350 ppm de H2S pode ser mortal para seres humanos. O sulfeto de hidrogênio presente no biogás possui concentrações que variam de 20 a 20.000 ppm (mg/m³). Substratos formados de cultivos de plantas energéticas costumam gerar pequenas quantidades. Substratos a partir de dejetos animais, resíduos orgânicos urbanos, restos de alimentação e esgoto doméstico geram normalmente grandes quantidades.
A partir de concentrações de 50 mg/l o H2S é tóxico e inibe a ação das bactérias metanogênicas. A redução de enxofre é para alguns microrganismos termodinamicamente mais interessante que para as Archaeas produtoras de metano. A redução de atividade metanogênica acontece a partir de uma concentração de 2% de sulfeto de hidrogênio no substrato.(portaldobiogás)
É possível utilizar o gás carbônico?
O gás carbônico possui uma ampla utilização na indústria de refrigerantes ou regulando o pH das águas de aquários. Também pode ser usado em extintores de incêndio ou como anestésico em animais que vão para o abate.
Biogás como fonte de hidrogênio
No último estágio de aproveitamento do biogás, o metano pode passar por um processo de Reforma para gerar hidrogênio. Assim como o gás carbônico, o hidrogênio pode ser utilizado para diferentes fins. O hidrogênio é considerado por muitos como o combustível do futuro. Sua combustão resulta somente em energia e água. Hidrogênio como combustível é uma tendência por ser uma boa alternativa aos combustíveis com altos índices de enxofre e aromáticos (portalbiogas).
https://youtu.be/g_sWxRnH8rc
https://youtu.be/VIusKtSTQSs
COMPARAÇÃO ENTRE OS TRÊS
BIODIGESTORES MAIS USADOS
https://youtu.be/IGPEP9EZU3Y
Tipos de biodigestores
1) Indiano ou "floating drum"
2) Chines ou "fixed dome"
Este biodigestor inspira-se no modelo Indiano, entretanto para torná-lo mais viável economicamente, há algumas modificações. Uma delas é a não utilização da campânula de metal. Assim, o sistema é construído quase totalmente em alvenaria. O teto é impermeável para armazenar o biogás.
O modelo Chinês funciona com base no princípio de prensa hidráulica, o que leva a pressão nesse biodigestor a mudar com o tempo, diferentemente do modelo Indiano. Dessa forma, o aumento de pressão no interior, em virtude do armazenamento de biogás, levará o material a se deslocar da câmara de fermentação para a caixa de saída.
3) Canadense ou "baloom type"
Este modelo possui a tecnologia mais moderna. Mesmo assim, apresenta uma construção simples. Isso acontece, principalmente, por ser praticamente todo construído utilizando material plástico.
É um sistema horizontal, feito por uma caixa de entrada em alvenaria. Essa caixa é pouco profunda, mas muito larga. Consequentemente, o material tem maior exposição ao calor do sol. Isso aumenta a produção de biogás e reduz o risco de entupimento.
Archaeas
Cerca de metade dos organismos do clado Archaea são metanogênicos, i.e., possuem habilidade de produzir grandes quantidades de gás metano, usando como substrato a matéria orgânica.
Hoje acredita-se que estes organismos anaeróbicos reinaram supremos durante os primeiros 2 bilhões de anos da história da Terra, e o efeito estufa que produziram teve conseqüências impactantes sobre o clima do planeta. Simulações em computador revelaram que o gás metano pode ter durado até 10 mil anos num mundo sem oxigênio.
Característica das arquéias
Esquema explicativo da intensificação do efeito estufa natural.
O papel principal do metano na atmosfera terrestre pode ter começado praticamente junto com o aparecimento da vida, há 3,5 bilhões de anos. Esse gás, juntamente com outro gás-estufa abundante, o dióxido de carbono dos vulcões, teria aquecido a superfície do planeta, aprisionando o calor no planeta Terra e permitindo, ao mesmo tempo, a passagem da luz solar. Uma estufa úmida é o ambiente preferido de muitos organismos metanogênicos. Isto que significa que, quanto mais quente o mundo, mais metano eles teriam produzido, suposição esta que teria como conseqüência o aumento da temperatura global do planeta. Em seu auge, estes microrganismos teriam gerado metano suficiente para deter um congelamento mundial. Naquela época, o sol era consideravelmente menos brilhante do que hoje, de modo que o efeito estufa provocado pelo metano poderia ter sido exatamente o que o planeta necessitava para se manter aquecido. (Einsenlohr, s/d)
Hoje em nosso planeta uma das formas de produção do metano (CH4) é pela fermentação entérica anaeróbica de alimentos de vários animais, principalmente os ruminantes, dentre os quais o gado bovino, caprino, e ovino, pelos mesmos organismos que viviam no planeta ha 3,5 a 2,8 bilhões de anos atras. O grande problema é que esse gás metano apresenta um “efeito estufa potencial” 25 vezes maior do que o dióxido de carbono (CO2). Estima-se que a população mundial de ruminantes é responsável pela produção de 15% de todo o gás metano da atmosfera. Além disso, o metano produzido pelos ruminantes (Figura 2), representa cerca de 2 a 15% de perda de energética dos alimentos destes animais (MOSS, 2000). Dessa forma, o metano produzido por ruminantes é reconhecidamente um problema ambiental.
Entretanto, um leitor atento como você deve ter percebido um problema em tal suposição: a produção de gás metano não poderia aumentar indefinidamente, pois do contrário não estaríamos aqui redigindo este informativo e você, lendo-o, certo? Certo. Os cientistas de Harvard, então, trataram de propor uma solução. Um clima mais quente poderia ter intensificado o ciclo da água e aumentado a erosão de rochas nos continentes, o que teria levado a uma retirada progressiva de dióxido de carbono da atmosfera. Caindo as concentrações de CO2 e aumentando as do metano, chegaria um ponto em que os dois gases se equivaleriam, em aproximação. Nestas condições, acredita-se que o metano teria mudado seu comportamento dramaticamente, evitando assim, que a Terra pudesse tornar-se um planeta inabitável para a maioria dos seres vivos. Esta mudança envolveria a união do metano com hidrocarbonetos complexos, que se condensavam para formar névoas de poeira. Uma destas névoas em altitudes elevadas teria reduzido o efeito estufa ao absorver a faixa visível da luz solar e irradiá-la de volta para o espaço; com uma temperatura mais baixa, boa parte das bactérias metanogênicas não conseguiria sobreviver.(Einsenlohr, s/d).
E como explicar as grandes eras glaciais de mais de 1 bilhão de anos atrás? É provável que as "arqueobactérias" metanogênicas tenham reinado soberanas por longos anos, mas à medida que a concentração de oxigênio foi tornando-se progressivamente maior, com o surgimento de organismos autotróficos, esses microrganismos passaram a ter problemas para sobreviver. Com isso, a concentração do metano teria caído drasticamente e o planeta teria sido inteiramente congelado. Entretanto, a taxa pela qual o metano escapava dos mares para a atmosfera, naquela época, poderia ter sido até dez vezes superior à atual, e a concentração do metano na atmosfera poderia ter sido de até 100 ppm. Isto explicaria, enfim, o fato da Terra não ter entrado em uma era glacial permanente e se tornado uma Terra bola de neve eterna.(Einsenlohr, s/d)
Fases da biodigestão
Até o Portal do Biogás publicar os artigos sobre as fases da Biodigestão Anaeróbica, esse conhecimento era de acesso limitado e 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.
Exemplo de uma reação de quebra a Amilose (polímero)
em monômeros de maltose e glicose (Mirele, 2021)
DIGESTÃO ANAERÓBICA VS COMPOSTAGEM
https://youtu.be/hm9SRK22ccg
I) Hidrólise
Como acontece a hidrólise na biodigestão anaeróbia?
Durante a Hidrólise na Biodigestão Anaeróbia as bactérias hidrolíticas liberam enzimas extracelulares que degradam os compostos orgânicos complexos como os carboidratos, as proteínas, os lipídeos, entre em compostos orgânicos simples, monômeros, como açúcares, aminoácidos, peptídeos, glicerina e ácidos graxos os quais são transportados para dentro das células dos microrganismos (bactérias) e metabolizadas (OLIVEIRA, 2004) para gerar energia para sua sobrevivência.
Podemos dividir as bactérias hidrolíticas que mais se destacam em três categorias:
I) Produtoras de lipase para degradação de lipídeos e ácidos graxos
Clostridium sp, Micrococcus sp e Staphylococcus sp.
II) Produtoras de proteases para degradação de proteínas e aminoácidos
Bacteroides sp, Clostridium sp, Butyrivibrio sp, Lactobacillus sp, Fusobacterium sp, Selenomonas sp, Streptococcus sp, Proteus sp, Peptococcus sp e Bacillus sp.
III) Produtoras de amilases para degradação de polissacarídeos e açúcares menores
Clostridium, Staphylococcus, Eubacterium e Acetivibrio.
Diversos fatores influenciam o grau e a taxa em que um substrato é hidrolisado entre os quais podemos citar a composição (homogeneidade) e temperatura do substrato, o tamanho das partículas de substrato, a concentração de amônio, e concentração de produtos da hidrólise (ex: ácidos orgânicos voláteis). (CHERNICHARO, 2007).
A degradação dos compostos orgânicos complexos
Além da degradação dos compostos orgânicos complexos, as bactérias hidrolíticas também contribuem com a formação de um ambiente anaeróbio, pois consomem uma quantidade de hidrogênio no processo de hidrogenação. (SAHM 1981; PAVLOSTATHIS UND GIRALDO-GOMEZ 1991). (portalbiogas)
Durante Acidogênese na Biodigestão Anaeróbica, os produtos hidrolisados são metabolizados no interior das bactérias em álcoois (etanol), cetonas, (acetona), aldeídos, hidrogênio, dióxido de carbono e principalmente ácidos orgânicos (ácido acético, propanóico, ácido butanóico, ácido láctico). Além disso, durante esse processo as bactérias se dividem por cissiparidade, i.e., são geradas novas células bacterianas. (portalbiogas s/d)
A pressão parcial do hidrogênio é um fator determinante para os tipos de produtos a serem gerados durante a acidogênese, quanto maior a pressão parcial, menor a quantidade de ácido acético e hidrogênio formados em favorecimento da geração de ácidos orgânicos de cadeia longa. (SCHERER 1995).
A quantidade de bactérias e os tipos, espécies de bactérias capazes de realizar a acidogênese é muito grande. Entre os principais grupos presentes em reatores anaeróbicos podemos citar bactérias dos gêneros Clostridium, Bacteroides, Ruminococcus, Butiribacterium, Propionibacterium, Eubacterium, Lactobacilllus, Streptococcus, Pseudomonas, Desilfobacter, Micrococcus, Bacillus e Escherichia. (B. Machado 2016)
A concentração de hidrogênio precisa ser “controlada” durante essa fase para que se possa manter o equilíbrio do processo nesta fase. Uma alta concentração de hidrogênio não oferece condições ambientes necessárias para que as bactérias acetogênicas consigam converter os ácidos orgânicos gerados na fase de acidogênse. O acúmulo cada vez maior de ácidos orgânicos inibe a ação das bactérias metanogênicas e compromete a geração de biogás. Levando em consideração que em muitos casos a comercialização de metano e seus derivados como a energia térmica ou elétrica, é o fator de entrada de recursos no projeto e que não é possível controlar a bioquímica do processo à olho nú, um dos principais motivos pelos quais, biodigestores não automatizados não costumam ser economicamente viáveis é justamente a geração de biogás em quantidades insuficientes para viabilizar o próprio projeto.
Por isso, é de extrema importância que de alguma forma, se consiga reduzir a quantidade de hidrogênio da mistura. Essa tarefa fundamental é realizada justamente por bactérias da metagênese, que processam o hidrogênio, dióxido de carbono e ácido acético em metano e gás carbônico. Desta forma, as bactérias da acetogênese só conseguem sobreviver se trabalharem juntos com as bactérias da metanogênese e vice-versa. (portalbiogas s/d)
Como exemplo da interdependência das fases da biodigestão pode-se citar o etanol que é transformado em acetato e hidrogênio pelo grupo de bactérias Methanobacillus omelianski Stamm S e posteriormente transformado em metano e dióxido de carbono pelo grupo de bactérias Methanobacillus omelianski Stamm M.o.H (Methanobacterium oxidizing Hydrogen ou Methanobacterium bryantii). (Bryant et al., 1967; Battenberg, 2000) (portalbiogas s/d).
IV) Metanogênica
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.
Metanogênicas acetroclásticas
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.
Metanogênicas hidrogenotróficas
Com exceção da Methanosarcina, praticamente todas as outras Archaeas são produtoras de metano a partir de hidrogênio e gás carbônico. Este processo libera uma maior quantidade de energia.
Entre as arquéias que se destacam na produção de metano 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).
https://youtu.be/qmki07QBGE8
Pesquisadores da Embrapa Suínos e Aves (SC) desenvolveram um biofiltro, tecnologia que utiliza bactérias para purificar o biogás gerado a partir dos dejetos suínos das granjas. O produto é alinhado ao conceito de energias renováveis e aproveita resíduos da produção animal. O resultado do processo é um biogás com baixos teores de enxofre, que pode ser usado para geração de calor, energia elétrica ou mesmo combustível veicular para substituir gasolina ou óleo diesel.
O processo de biofiltragem foi resultado de pesquisas de um projeto para desenvolver a biofiltragem com a finalidade de gerar energia elétrica a partir de biogás oriundo de dejetos de suínos no município de Itapiranga (SC), que teve o apoio financeiro das empresas Eletrosul e Uirapuru Transmissora de Energia.
O biogás gerado a partir dos dejetos suínos tem alta concentração de sulfeto de hidrogênio, ou gás sulfídrico (H2S), que é o responsável pela corrosão de metais e motores. Esse gás diminui a vida útil de geradores de eletricidade, deteriora queimadores e impossibilita o uso veicular como biometano.
O biofiltro promove a redução na concentração desse componente em mais de 90%. “A dessulfurização do biogás permite o seu uso direto, tanto para aquecimento em caldeiras como para geração de energia elétrica, ou também favorece a purificação posterior no caso do biometano e uso veicular, que é o caso da demonstração que estamos efetuando na Embrapa”, explica o analista Ricardo Luís Radis Steinmetz, um dos responsáveis pelo desenvolvimento da tecnologia.
O equipamento, que está sendo validado em escala de produção, faz parte da Unidade de Produção de Biometano, conhecida como BiogásFORT, e foi apresentado pela Embrapa ao público no dia 30 de outubro. “O objetivo da Unidade é demonstrar a rota tecnológica e a oportunidade de uso do biogás gerado a partir dos resíduos da suinocultura como matéria-prima para produzir combustível veicular”, destaca o pesquisador Airton Kunz, chefe de Pesquisa e Desenvolvimento da Embrapa Suínos e Aves e responsável pelo projeto.
O diferencial da Unidade de Produção de Biometano está justamente na possibilidade de uso do biofiltro, que faz o processo inicial de purificação do gás usando o próprio dejeto de suíno tratado e garante conformidade para a etapa de purificação, que produz o biometano.
Bactérias limpam o gás
A vantagem da tecnologia da Embrapa é que o processo de purificação é biológico, ou seja, a remoção do H2S ocorre por meio da ação de bactérias oxidadoras de sulfeto, sem necessidade de uso de insumos. O processo utiliza o próprio efluente do dejeto suíno e gera enxofre elementar, que pode ser usado como fertilizante.
Em processos convencionais, essa purificação pode ocorrer de maneira química, com lavagem com soda, ou física, com inserção de carvão ativado. “Nos dois casos, ainda temos uma questão de manejo dos produtos, que podem ser prejudiciais ao produtor e ao meio ambiente. Já o resíduo do biofiltro pode ser reaproveitado”, explica Steinmetz, salientando que a tecnologia é sustentável e segura.
O segundo passo da Unidade de Produção de Biometano para a geração de combustível veicular é a purificação do biogás dessulfurizado. Nessa etapa, ocorre a retirada de umidade por resfriamento e a compressão. O sistema tem capacidade de produzir 9 a 12 Nm³/h de biometano. Depois de produzido, o biometano é armazenado no reservatório, com capacidade de 50m³, com pressurização de cerca de 210gkf/cm². O projeto executivo da Unidade de Produção de Biometano da Embrapa Suínos e Aves tem parceria da Janus & Pergher e Kemia Tratamento de Efluentes.
Excelente palestra para assistirmos sobre geração de energia
https://vimeo.com/255967443
https://youtu.be/bEjbYxRMEj0
Bibliografia biogás
ETANOL
De acordo com o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), a produção de cana-de-açúcar no ano civil 2019 alcançou 639,0 milhões de toneladas, aumento de 2,3% em relação ao ano civil anterior, quando a moagem foi 624,5 de milhões de toneladas. Em 2019 a produção nacional de açúcar foi de 29,2 milhões de toneladas, redução de -0,4% em relação ao ano anterior, enquanto a fabricação de etanol subiu 5,9% atingindo um montante de 35.156 mil m³. Deste total, 69,8% referem-se ao etanol hidratado: 24.548 mil m³. Em termos comparativos, houve um aumento de 3,6% na produção deste combustível em relação a 2018. Já a produção de etanol anidro, que é misturado à gasolina A para formar a gasolina C, registrou uma queda de 11,6%, totalizando 10.608 mil m³.(epe)
Aproximadamente 140 kg de açúcar ou 86 de etanol podem ser obtidos a partir de uma tonelada de cana (1000 kg). A figura abaixo resume o sistema paralelo de fabricação de etanol a partir da cana:
FABRICAÇÃO DO ETANOL
Como é a fabricação de Açúcar e Etanol a partir da Cana-de-açúcar? Quais as etapas do processamento? Que resíduos são gerados e como tratá-los? Neste artigo você aprenderá como reaproveitar do resíduo da melhor forma com benefícios econômicos e sustentáveis.
A cana é uma planta semi-perene da família das gramíneas, pertencente ao gênero Saccharum. Oriunda das regiões temperadas quentes e tropicais da Ásia, hoje é cultivada em vários países do mundo, como Índia, outros países da África e do Caribe. Em determinadas regiões desses países, a cana encontra condições climáticas ideais para seu crescimento: uma estação quente e úmida, que propicia a germinação, o brotamento e o desenvolvimento da planta, e uma estação seca e fria, que promove a maturação dos colmos e o acúmulo de sacarose.
Ao chegar à usina, a cana-de-açúcar é esmagada, gerando o caldo de cana ou garapa. Após recolher o caldo de cana, ele é acrescido de melaço de processos anteriores formando o mosto, que é então adicionado de uma mistura conhecida como “pé-de-cuba” (levedura recuperada e tratada para diminuição do pH e do teor alcoólico).
A fermentação
A fermentação do mosto ocorre em tanques denominados dornas de fermentação, pelo pro cesso Melle-Boinot, que envolve a recuperação das leveduras e seu reuso no processo, após tratamento.
Após um período de 4-12 horas a fermentação termina gerando um produto final de teor alcoólico entre 7 e 10% que é então centrifugado para separação e recuperação da levedura e segue para a destilação, de onde se obtém o álcool hidratado.
A destilação
Na etapa de destilação, o álcool, água (89-93%) e os demais componentes (glicerina, outros alcoóis, furfural, aldeído acético, ácidos succínico e acético, bagacilho, leveduras, bactérias, açúcares mais complexos, sais minerais, albuminóides, CO2 e SO2) são separados de acordo com seus respectivos pontos de ebulição, em três etapas sequenciais. Na destilação propriamente dita, o álcool é separado do vinho fermentado em duas fases: a flegma (vapores com 40 a 50° GL) e a vinhaça (com menos de 0,03° GL). A vinhaça pode ser utilizada como substrato para a produção e uso de biogás na própria indústria.
A retificação
No processo de retificação a flegma é concentrada até obter um grau alcoólico de 96° GL em sua saída e retirar as impurezas como álcoois homólogos superiores, aldeídos, ésteres, aminas, ácidos e bases. Separa-se ainda o óleo fúsel, composto rico em álcool amílico e isoamílico, usados com aditivos na indústria química.
A desidratação
Finalmente, parte do álcool então produzido passa pelo processo de desidratação com monoetilenoglicol, que reduz a volatilidade da água e permite a evaporação do etanol, que segue separado. Tem-se então um produto com 99,9° GL, o álcool anidro.
Biodíesel
Em 2019 a produção de B100 no país cresceu 10,7% em relação ao ano anterior, atingindo o montante de 5.923.868 m³. O percentual de B100 adicionado compulsoriamente ao diesel mineral, entre os meses de janeiro e agosto manteve-se em 10,0%, atingido 11% a partir de setembro. A principal matéria- -prima foi o óleo de soja (61%), seguido do sebo bovino (10,3%).
EXERCÍCIO
As reações de oxirredução I, II, III, descritas abaixo, compõem o processo de produção do gás metano a partir do carvão, que tem como subproduto o dióxido de carbono. Nessas reações, o carvão está representado por C(s) em sua forma alotrópica mais estável.
Identifique os agentes redutores nas equações II e III e escreva a equação termoquímica que representa a produção do metano a partir do carvão.
BIODÍESEL
Quando Rudolf Christian Karl Diesel (1858 - 1913) inventou o motor a combustão em 1897, desenhou-o para funcionar com óleos vegetais, como o de amendoim.
Diesel idealizou um dos mais importantes sistemas mecânicos da história tecnológica da humanidade. Rudolf Diesel elaborou um motor a combustão interna a pistões que explorava os efeitos de uma reação química, um fenômeno natural, que acontece quando o óleo é injetado num recipiente com oxigênio, causando uma explosão ao misturar-se.
Motor de Rudolf Diesel
Motor Diesel de quatro tempos
Para conseguir controlar tal reação e movimentar uma máquina foi necessária uma infinidade de outros inventos, como a bomba injetora, elaborar sistemas de múltiplas engrenagens e outros acessórios controladores para que pressão de liberação atuasse precisamente na passagem do êmbolo do pistão no ângulo de máxima compressão.
Rudolf Diesel colocou seu motor em operação pela 1ª vez, abastecendo-o com óleo de amendoim, em 10 de agosto de 1893, sendo esta data celebrada como o Dia Internacional do Biodiesel.
A história demonstra, portanto, que o interesse pela utilização do biodiesel não é novo. Entretanto, à época, por ser mais barato e mais fácil de produzir, o óleo feito a partir do petróleo ganhou o mercado e foi “batizado” com o sobrenome de Diesel. Com o aumento excessivo do preço do barril de petróleo e a preocupação crescente com os riscos ambientais questiona-se essa opção feita no passado, e retorna-se ao plano inicial de Diesel.
Pesquisas recentes indicam que a produção de biodiesel a partir de microalgas poderá mudar radicalmente o mercado de combustíveis. Enquanto a soja produz de 0,2 a 0,4 toneladas de óleo por hectare, o pinhão manso produz de 1 a 6 toneladas de óleo por hectare e o dendê, de 3 a 6 toneladas de óleo por hectare, as algas, segundo pesquisas mais otimistas, em um hectare podem produzir 237 mil litros de biocombustível.
Sendo possível cultivá-las em água salgada ou doce e em ambiente que disponha de calor e luz abundantes, é inegável que o Brasil possui condições ideais para a produção de microalgas, em especial na Região Nordeste. De cultivo simples, as microalgas podem ser produzidas em tanques abertos com profundidade de pouco mais de 10 cm e alimentadas, por exemplo, com dejetos de suinocultura e águas residuais de esgotos. Além disso, sua produção não requer uso de adubos químicos; sua massa pode ser duplicada várias vezes por dia; a colheita pode ser diária; o cultivo pode ser realizado em zonas áridas e ensolaradas, inclusive em regiões desérticas; trata-se de uma matéria-prima não alimentícia e sustentável; e seu cultivo em tanques com água do mar minimiza o uso de terra fértil e água doce potável. Sem dúvida, um achado.
E O FUTURO?
Bibliografia
Biodíesel
Biogás
Fungos e o carvão mineral
J. M. Robinson, Geology 18, 607 (1990)
IEA
Evolução humana
Carvão vegetal
Densidade da madeira
Alcatrão
Denuncia de desmonte da natureza
Lignina
Despolimerização da lignina
Como tingir ossos
Você pode fazer um corante preto natural com água, taninos e ferro. Escureça o osso ou qualquer material natural até obter uma rica cor preta, primeiro mergulhando em uma solução de ácido tânico e, em seguida, imergindo-o em uma solução de sal de ferro. Isso dará ao osso um pigmento preto escuro permanente.
Entomologia básica
OGEDA, Thais Lucy; PETRI, Denise F. S.. Hidrólise Enzimática de Biomassa. Química Nova, [s.l.], v. 33, n. 7, p.1549-1558, 2010. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/s0100-40422010000700023.
BIOGAS
Politicas publicas
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