Resumo
O esgotamento das reservas de combustíveis fósseis tem motivado pesquisas intensivas sobre a produção de biocombustíveis usando fontes alternativas. Os métodos atuais utilizados para a produção de biodiesel, através de micro-organismos fotossintéticos, produzem em torno de 60-70% de resíduos. Diante dessa estimativa, evidencia-se a necessidade de uma alternativa de descarte dos resíduos gerados. A digestão anaeróbia é uma tecnologia promissora para a gestão desse resíduo, permitindo o tratamento e disposição final adequado, ao mesmo tempo em que gera energia na forma de metano. Ao contrário da produção do biodiesel, onde somente uma pequena fração da célula (lipídios) é utilizada, com a aplicação da digestão anaeróbia também é possível produzir metano através de todas as macromoléculas (proteínas, lipídios e carboidratos). No entanto, técnicas de pré-tratamento podem ser necessárias anteriores ao processo.
Neste sentindo, na presente pesquisa foi avaliada a influência do pré-tratamento hidrotérmico sobre a produtividade de metano de uma biomassa mista composta por cianobactérias e microalgas. Com essa finalidade, a biomassa foi pré-tratada a temperaturas de 100, 110 e 120 oC durante 10, 20 e 30 minutos, antes do teste de potencial bioquímico de metano (BMP), em reatores em batelada. Os resultados obtidos mostraram que o maior teor de solubilização da biomassa (17%) foi obtido a uma temperatura de 120 oC com tempo de exposição de 30 minutos. A produção de metano para a biomassa in natura (controle) e pré-tratada, não apresentou diferença significativa, com valores de 190,45 mL CH4/g DQO e 174,65 mL CH4/g DQO, respectivamente. A biodegradabilidade anaeróbia da biomassa in natura, composta por 98% de cianobactérias, apresentou resultados promissores, sem a necessidade de qualquer pré-tratamento antes da digestão.
Introdução
A crescente demanda por energia, os altos custos de produção e transporte do petróleo e os impactos ambientais negativos causados pela queima de combustíveis fósseis (BRENNAN, et al., 2010) tem motivado a produção de biocombustíveis. Uma abordagem promissora é o uso de micro-organismos fotossintéticos como matéria-prima. Esses micro-organismos são capazes de produzir grandes quantidades de biomassa, que pode ser convertida em diferentes subprodutos, como biodiesel, bioetanol ou biogás (IEA, 2010). Estudos desenvolvidos até o momento permitem concluir que a biomassa de cianobactérias e de microalgas é um tipo de substrato considerado como fonte potencial de matéria orgânica para fins energéticos (MENDEZ, et al., 2015; SINGH et al., 2016; IEA, 2017).
No processo de produção de biocombustíveis a partir micro-organismos fotossintéticos, além do biodiesel, e da glicerina formada como subproduto, grandes quantidades de resíduos sólidos de biomassa são produzidos após a extração do conteúdo lipídico. Estes resíduos podem ser utilizados como fertilizantes, como fontes de proteínas na dieta de ruminantes e alimentos para peixes (EHIMEN et al., 2011), ou ainda para a produção de maltodextrina, complemento alimentar e agente ligante na indústria farmacêutica (LAM et al., 2014). Entretanto, quando essas opções não forem viáveis, a biomassa precisa ser eliminada. Além disso, devido à alta demanda de nutrientes, como o nitrogênio e o fósforo para o cultivo, o descarte dessa biomassa residual e o efluente de sua produção podem causar impactos ambientais e econômicos negativos, sendo dessa forma, a recuperação dessa biomassa e nutrientes altamente desejável para a sustentabilidade da produção de biodiesel (WARD et al., 2014; CHOWDHURY e FRANCHETTI, 2017). Dessa forma, a incorporação do processo de digestão anaeróbia na produção de biocombustíveis a partir de resíduos de cianobactérias e microalgas parece oferecer uma alternativa para eliminar alguns dos custos gerais, podendo aumentar o rendimento de produção e favorecer o processo de conversão da biomassa ao biodiesel.
Sob outra perspectiva, a digestão anaeróbia é reconhecida por uma eficiência energética muito mais elevada em comparação com a produção de biocombustíveis descrita anteriormente (KLASSEN, et al., 2016; JANKOWSKA et al., 2017). Ao contrário da produção de biodiesel, não é necessário a extração de lipídios, todas a macromoléculas (proteínas, lipídios e carboidratos) são utilizadas durante o processo e o principal produto gerado é o metano. Dessa forma, tanto a biomassa in natura como os resíduos provenientes da produção de biocombustíveis podem ser utilizados como substrato para o processo de digestão anaeróbia. Entretanto, o rendimento da produção de metano através de micro-organismos fotossintéticos é dependente das características das espécies utilizadas como substrato. Essa produção é muitas vezes limitada pela sua composição macromolecular, contendo biopolímeros capazes de resistir à degradação bacteriana, sendo necessária a aplicação de pré-tratamentos para promover a lise da parede celular e a solubilização da biomassa antes de submeter à digestão anaeróbia (WARD et al., 2014).
Os tipos de pré-tratamentos descritos na literatura, tais como, os térmicos, mecânicos, químicos e biológicos (PASSOS et al., 2014), podem ser comparados com os processos de extração dos lipídios para produção de biodiesel, visto que também incluem esses tipos de pré-tratamentos no processo de extração. Desta forma, a extração de lipídeos pode ser considerada como um pré-tratamento (ALZATE et al., 2014; NEVES et al., 2016). Em alguns métodos térmicos e mecânicos a energia consumida no pré-tratamento não é compensada pelo ganho de metano (PASSOS et al., 2014), enquanto que pré-tratamentos biológicos, apesar do rendimento de metano não ser tão elevado como em pré-tratamentos físicos, ainda é promissor devido à baixa necessidade de energia (PASSOS et al., 2016).
Nesse contexto, a presente pesquisa objetivou determinar a influência do pré-tratamento hidrotérmico sobre a produtividade de metano de uma biomassa mista composta por cianobactérias e microalgas. Para esse propósito, foi realizado o teste do potencial bioquímico de metano (BMP) após análise do efeito de diferentes temperaturas e tempos, sob o grau de solubilização da biomassa.
Autores: Larissa Ribeiro Martins; Carlos Murilo de Melo Filho; Sávia Gavazza; Mario Takayuki Kato e Lourdinha Florencio.
