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| Pesquisadora Larissa Ayumi Yamamoto realiza experimento com o resíduo de banana (líquido escuro no frasco) após o pré-tratamento alcalino (imagem: Larissa Ayumi Yamamoto/IPBEN-Unesp) |
Estudo conduzido na Unesp mostra que o uso mínimo de reagente no pré-tratamento da biomassa eleva a geração de metano, barateia a operação industrial e diminui impactos ambientais
Baixas concentrações de soda
cáustica (hidróxido de sódio, NaOH) são mais eficientes do que doses elevadas
para preparar resíduos orgânicos destinados à produção de biogás. A descoberta
aumenta a geração de metano, reduz o consumo de reagentes e, assim, diminui
custos.
A matéria-prima da pesquisa que
chegou a essa conclusão foram bananas – cascas e partes impróprias para
comercialização coletadas em varejões. Embora apresentem elevado teor de
matéria orgânica, esses resíduos guardam seu potencial energético “trancado” em
uma espécie de “armadura vegetal” formada por substâncias como celulose e
lignina. A barreira dificulta o acesso dos microrganismos aos açúcares
fermentáveis e limita a eficiência da digestão anaeróbia – a decomposição da
matéria orgânica por comunidades de microrganismos que vivem na ausência de
oxigênio.
Ao longo do processo, moléculas
complexas são gradualmente quebradas em compostos mais simples até a formação
do metano (CH₄),
principal componente energético do biogás.
“Para aumentar a eficiência da
produção de biogás, é necessário aplicar um pré-tratamento. Nós optamos pelo
termoalcalino [que combina calor e produtos químicos]. A biomassa foi aquecida
na presença de diferentes concentrações de hidróxido de sódio, variando entre
0,2% e 3%. O objetivo era romper parcialmente a barreira formada pela lignina,
tornando os carboidratos mais acessíveis aos microrganismos”, relata Sandra Imaculada Maintinguer,
integrante do Instituto de Pesquisa em Bioenergia da Universidade Estadual
Paulista (IPBEN-Unesp) que coordenou a pesquisa.
O resultado contrariou a
expectativa intuitiva de que mais reagente produziria melhor desempenho. A
eficiência máxima foi alcançada justamente com as menores concentrações
testadas. A concentração de apenas 0,2% de NaOH promoveu a maior solubilização
de carboidratos, alcançando 12.110 miligramas por litro (mg/L), contra 4.785
mg/L observados no material sem pré-tratamento. Um pequeno aumento na
concentração, para 0,4%, proporcionou a maior produção acumulada de metano, mas
a de 0,2% foi a que promoveu a maior velocidade de produção do gás.
“Isso é importante porque, além
de aumentar os custos da produção, o uso elevado de hidróxido de sódio inibe a
ação dos microrganismos responsáveis pela geração do metano e pode causar maior
impacto sobre o meio ambiente”, destaca Larissa Ayumi Yamamoto,
graduanda no IPBEN-Unesp e primeira autora do artigo que descreve o
achado, publicado em maio
na revista científica Bioenergy Research.
Menos é
mais
Em pequenas quantidades, a soda
cáustica facilita a ruptura parcial da estrutura vegetal e libera açúcares que
alimentam os microrganismos. Em excesso, porém, passa a atacar os próprios
microrganismos, atrapalhando ou até inviabilizando o processo. “Não adianta
colocar 20% porque se torna inibitório”, resume Maintinguer. Além de aumentar a
produção, a redução da quantidade de reagente melhora a perspectiva de
aplicação industrial porque facilita o tratamento posterior de efluentes. “Para
a indústria, quanto menor a concentração de hidróxido de sódio, melhor”,
comenta.
A pesquisadora observa que São
Paulo reúne condições particularmente favoráveis para esse tipo de tecnologia.
Grande produtor de frutas, o Estado gera quantidades enormes de resíduos ao
longo de toda a cadeia produtiva, desde frutos descartados ainda na propriedade
até sobras do beneficiamento industrial e da comercialização. “A ideia é fechar
esse ciclo. Em vez de encaminhar restos e frutas fora do padrão comercial para
aterros, esses resíduos podem alimentar biodigestores capazes de produzir
energia, transformando um passivo ambiental em uma fonte renovável”, pondera.
Os resultados mostraram que o
desempenho do sistema depende não apenas da quantidade de matéria orgânica
disponível, mas também de quais bactérias estão atuando no processo e quais
caminhos usam para digerir a matéria. No reator submetido ao pré-tratamento com
0,4% de hidróxido de sódio predominaram bactérias dos gêneros Paraclostridium e Clostridium e
arqueias metanogênicas (organismos unicelulares produtores de metano) dos
gêneros Methanothrix e Methanoregula. “Nós
avaliamos o consórcio microbiano presente no reator, conseguimos acompanhar
como esse sistema evolui e quais rotas metabólicas os microrganismos percorrem
ao longo do processo”, sublinha Ana Gabriela Oliveira Ferreira Janas,
doutoranda no IPBEN-Unesp. “São informações que a pesquisa pode oferecer para a
indústria.”
Turnos de
trabalho microbiano
Maintinguer explica que a
digestão anaeróbia funciona como uma sucessão de etapas cumpridas por
diferentes grupos de microrganismos. “Entramos com a matéria orgânica bruta e
os microrganismos vão quebrando essa matéria em compostos cada vez mais
simples. Esses intermediários acabam sendo consumidos por outros microrganismos
até chegar à formação do metano.”
O trabalho integra um programa
mais amplo desenvolvido pelo grupo da Unesp para transformar resíduos
agroindustriais em fontes de energia e outros produtos de valor agregado. Além
da banana, os pesquisadores vêm estudando resíduos de laranja e goiaba, águas
residuárias do processamento de frutas e diferentes estratégias de digestão e
codigestão anaeróbias. A codigestão anaeróbia consiste em misturar diferentes
tipos de resíduos no mesmo reator para potencializar a geração de energia.
Dependendo das condições
operacionais e da comunidade microbiana presente, esses sistemas podem ser
direcionados não apenas à produção de biogás, mas também para a obtenção de
outros compostos de interesse industrial. Em outro trabalho, ainda em processo
de revisão para publicação, Janas e colaboradores investigaram a codigestão
anaeróbia de resíduos para produzir bio-hidrogênio.
O estudo foi financiado pela
FAPESP por meio de dois projetos (22/15706-5 e 24/10977-6).
O artigo Agroindustrial
banana wastes applied in biogas production: Evaluation of thermal pretreatment on
alkaline hydrolysis pode ser lido em: link.springer.com/article/10.1007/s12155-026-11024-0.
José Tadeu Arantes
Agência FAPESP
https://agencia.fapesp.br/baixas-doses-de-soda-caustica-aumentam-a-producao-de-biogas-a-partir-de-residuos-de-banana/58971
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