CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL Missão: Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a promoverem as transformações futuras POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DA UTILIZAÇÃO DE BIOMASSA DE MACRÓFITAS ALVARO ROQUE LEMOS DA ROSA JUNIOR Foz do Iguaçu - PR 2013

2 ALVARO ROQUE LEMOS DA ROSA JUNIOR POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DA UTILIZAÇÃO DE BIOMASSA DE MACRÓFITAS Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca examinadora do Centro Universitário Dinâmica das Cataratas (UDC), como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Ambiental. Prof. Orientador: Luís Thiago Lucio Foz do Iguaçu PR 2013

3 TERMO DE APROVAÇÃO UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS VIABILIDADE DO USO DE BIOMASSA DE MACRÓFITAS NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS TRABALHO FINAL DE CONCLUSÀO DO CURSO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL Acadêmico(a): Alvaro Roque Lemos da Rosa Junior Orientadora: Esp. Luís Thiago Lucio Nota Final Banca Examinadora: Prof(ª). Ms. Prof(ª). Ms. Foz do Iguaçu, de dezembro de 2013.

4 DEDICATÓRIA Aos meus pais Álvaro e Marlei pelo amor e apoio e confiança incondicional.

5 AGRADECIMENTOS Primeiramente a deus, sem ele nada é possível. Agradeço à minha mãe, por seu amor, por todo apoio que me ofereceu e toda paciência que teve durante esses cinco anos. Ao meu pai por toda determinação e confiança que demonstrou ter. Espero que possa ter lhes retribuído e que todo sacrifício tenha valido a pena. A minha namorada Lia Marina Poleto, por estar ao meu lado nestes cinco anos, me apoiando e incentivando a cada dia. Ao professor Luís Thiago Lucio, exemplo de dedicação e ética profissional, pela orientação e apoio para execução do trabalho. Ao Parque Tecnológico de Itaipu (PTI) e o CIBIOGÁS-ER pela oportunidade de estágio, sem o mesmo não seria possível a execução deste trabalho. Aos laboratoristas do LABIOGÁS, Eliana, Tânia, Juliana, Laís e Caroliny. A todos os colegas, docentes, funcionários do curso de Engenharia Ambiental pela agradável convivência.

6 EPÍGRAFE Se fizer planos para o ano, plante uma semente; se fizer planos para dez anos, plante uma árvore; se fizer planos para cem anos, dê educação ao povo. Kuang Chung

7 JUNIOR, Alvaro Roque Lemos da Rosa. Viabilidade do Uso de Biomassa de Macrófitas na Produção de Biogás. Foz do Iguaçu, Projeto de Trabalho Final de Graduação - Centro Universitário Dinâmica das Cataratas. RESUMO Devido a extensa demanda na produção agroindustrial, atividade que ocasiona impactos ambientais tanto para o solo quanto para água, faz-se necessária uma alternativa sustentável para este passivo ambiental como a utilização da biodigestão anaeróbica. Esta alternativa contribui não só para a redução do poder poluente, bem como agrega valor à produção. O substrato da digestão anaeróbica, ou seja, a matéria orgânica a ser utilizada, pode ser derivada de diversas atividades. Entretanto, a produção de biogás em sistemas de biodigestão vem sendo estudada por meio de testes com diversos coosubstratos, os quais têm por objetivo intensificar a produção de biogás. Como uma alternativa para este uso, buscou-se estudar a utilização de três espécies macrófitas, classificadas como Pistia stratiotes, Lemna e Wolffia sp na biodigestão anaeróbica, justificada pela grande quantidade encontrada em lagoas e açudes eutrofizados. O presente trabalho avaliou a produção de biogás em laboratório através de testes de batelada. As amostras foram coletadas em propriedades rurais na região oeste do Paraná. A quantificação e qualificação do biogás foram realizadas através de equipamentos como eudiômetros e analisador de gases portátil. Os resultados encontrados foram comparados e avaliados. De acordo com o estudo, o resultado com maior produção de biogás foi a partir da amostra de macrófita Pistia stratiotes, tendo em vista que 1 kg de matéria fresca produziu 24,70 litros de biogás. No entanto, quando comparado à produção de metano, a melhor amostra obtida foi com o uso da espécie Wolffia sp, adicionada a dejeto suíno, tendo um resultado de 71,51% de metano. Palavras Chave Biomassa, Macrófitas, Podução de Biogás.

8 JUNIOR, Alvaro Roque Lemos da Rosa. Feasibility of the use of Macrophytes Biomass in Biogás Production. Foz do Iguacu, Project to Completion of Course Work Centro Universitário Dinâmica das Cataratas. ABSTRACT Due to the extensive demand in the agroindustrial production, an activity that has caused environmental impacts for both the soil and for water, it is necessary a sustainable alternative for this environmental liability: the use of anaerobic digestion. This alternative does not only contribute to the reduction of polluting power, but also adds value to the production. The substrate of anaerobic digestion, in other words, the organic matter to be used, may be derived from different activities. However, the production of biogas in digestion systems has been studied by testing with various cosubstrates, which aim to increase the production of biogas. As an alternative to this use, it sought to study the use of three macrophyte species, classified as Pistia stratiotes, Lemna and Wolffia sp in anaerobic digestion, justified by the large amount found in eutrophic lakes and reservoirs. This study evaluated the production of biogas in the laboratory using batch tests. Samples were collected on farms in western Paraná. The quantification and qualification of biogas were performed using equipment like eudiometer and portable gas analyzer. The results were compared and evaluated. According to the study, the result of the biogas production was from the aquatic biomass sample Pistia stratiots, considering that 1 kg of the fresh material produced liters of biogas. However, when compared to methane production, the best sample was obtained using the Wolffia sp specie, added to pig slurry, having a score of % of methane. Keywords - Biomass, Macrophyte, Biogas production

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Matriz energética Brasileira Figura 2: Modelo biodigestor Canadense Figura 3: Etapas do processo de digestão anaeróbia Figura 4: Laboratório de Biogás Figura 5: Aparelho de trituração BUCHI mixer B Figura 6: Eudiômetro Figura 7: Aparelho Drager modelo X-am Figura 8: Gráfico da produção de biogás em um kg de lemna e lemna + dejeto suíno Figura 9: Gráfico comparativo da produção de biogás das amostras ensaiadas Pistia Stratiotes Figura 10: Gráfico comparativo da produção de biogás das amostras ensaiadas Wollfia sp... 38

10 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Composição de Biogás Tabela 2 Características do processo de biodigestão Tabela 3 Testes físico-químicos a Lemna sp Tabela 4 Testes físico-químicos a Pistia stratiotes Tabela 5 Testes físico-químicos a Wollfia sp Tabela 6 Comparativo de aproveitamento da biomassa na produção de biogás.. 39

11 LISTA DE SIGLAS ANEEL Agente Nacional de Energia Elétrica BEN Balanço Energético Brasileiro SF Sólidos Fixos ST Sólidos Totais SV Sólidos Voláteis PCH s Pequenas Centrais Hidrelétricas IBP International Biological Program PTI Parque Tecnológico Itaipu CIBIOGÁS-ER Centro Internacional de Energias Renováveis com Ênfase em Biogás UDC Centro Universitário de Faculdades Cataratas EMPRABA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária PROSAB - Programa de Pesquisas em Saneamento Básico UNILA - Universidade Federal da Integração Latino-Americana MS Matéria Seca MF Matéria Fresca APHA - American Public Health Association

12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REFERENCIAL TEÓRICO FONTES DE ENERGIA Energias Renováveis BIOMASSA Macrófitas BIOGÁS BIODIGESTORES Digestão Anaeróbica Fatores que afetam o processo de biodigestão MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Coleta e Identificação do material Procedimentos Laboratoriais Analise dos Resultados RESULTADOS E DISCUSSÃO MACRÓFITA LEMNA SP MACRÓFITA PISTIA STRATIOTES MACRÓFITA WOLFFIA Sp COMPARATIVOS DAS MACRÓFITAS LEMNA SP, PISTIA STRATIOTES E WOLFFIA SP CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 42

13 13 1 INTRODUÇÃO O Brasil se destaca por possuir uma extensa demanda de produção agroindustrial principalmente nos estados do Paraná e Santa Catarina. No entanto, para garantir o suprimento das demandas agroindustriais, em especial de produção de proteína animal, estas atividades causam impactos ambientais, devido ao regime de confinamento de produção de animais em elevada quantidade porem em um curto espaço, tem como consequência uma poluição pontual pela geração da biomassa de dejetos. Esta biomassa residual, quando não tratada de forma adequada torna-se uma fonte de contaminação, ou seja, um passivo ambiental, tanto no solo quanto na água. Entretanto, para um correto manejo desta biomassa, torna-se necessário a utilização de um tratamento, para que esses resíduos ser viáveis ao ponto de vista ambiental. Neste contexto, a utilização de sistemas de biodigestão para o tratamento da biomassa residual animal se apresenta como uma solução factível tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico, pois é possível tratar a biomassa residual, bem como realizar o aproveitamento energético do biogás produzido neste processo, no qual pode ser utilizado como energia termina elétrica e veicular. Como substrato no processo de biodigestão anaeróbica, a matéria orgânica a ser degradada pode ser derivada de diversas atividades, tais como: Resíduos animais e vegetais, lodo de esgoto, lixo ou efluentes industriais, como vinhaça, restos de matadouros, curtumes e fábricas de alimentos dentre outras fontes de biomassas. Entretanto, a produção de biogás em sistemas de biodigestão anaeróbica esta sendo estudada, por meio de testes com diversos substratos e cosubstratos, os quais têm por finalidade intensificar a produção do biogás, devido a baixa concentração de matéria a ser degradada no interior dos biodigestores. Desta maneira, buscou-se estudar a utilização de biomassa aquática na biodigestão, sendo justificada pela grande quantidade encontrada em lagoas e açudes eutrofizados. As macrófitas são consideradas plantas invasoras de fácil proliferação e de difícil controle, pois ao se instalarem em determinado meio aquático, dificilmente deixam o local, sendo que para seu rápido crescimento as condições favoráveis são

14 14 áreas tropicais. As macrófitas tem grande capacidade de absorção de N/P, e sua biomassa tem grande potencial de duplicação e alta quantidade de matéria fermentável, tornando assim interessante seu uso como substrato na produção de biogás. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo, quantificar e qualificar a potencialização de produção de biogás a partir de três espécies de biomassa de macrófitas Lemna sp, Wolffia sp e Pistia stratiotes, bem como a adição destas biomassa com dejeto suíno em sistemas de fermentação anaeróbica em batelada para avaliar a produção de biogás e metano.

15 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 FONTES DE ENERGIA De acordo com Camioto (2010), a energia tem muita importância para o desenvolvimento econômico de um país, que sua utilização é um pré-requisito fundamental para as atividades humanas, de desenvolvimento e principalmente para o crescimento econômico. Com isso, a procura por fontes de energia é constatada pela constante ascensão no mundo, seja pelo avanço acelerado de países em desenvolvimento e seus milhões de habitantes, seja pela tecnologia moderna que tem proporcionado, com o passar dos anos, uma mudança de hábitos nesses países (GUARDABASSI, 2006). Com a chegada do século XX, a exploração de recursos naturais trouxe problemas ao planeta, como a poluição da atmosfera, degradação do solo, entre outros. Em pouco menos de 100 anos o petróleo, considerada uma fonte tradicional no planeta, apresentam poços secos devido a grande extração. Outro produto considerável esgotável é o carvão, um dos recursos mais antigos da civilização. A energia nuclear da mesma forma, nos alerta para o perigo radioativo. Estas fontes não renováveis tornam-se escassos com o passar dos anos, não apenas por ser uma fonte esgotável, mas por causar impactos ao meio ambiente (SANTOS e MOTHÉ, 2007). O consumo de energia se baseia nas necessidades básicas da população, como aquecer, refrescar, iluminar, preparar alimentos, entre outros. Países desenvolvidos, ou que se encontram em fase de reorganização, têm uma maior demanda devido à expansão urbana e industrialização, onde cresce a cada dia a necessidade de energia para manutenção e produção de atividades agrícolas, industriais, de transporte e de consumo residencial (COHEN, 2002). Atualmente, a nova ordem mundial é a busca pela auto-suficiência em geração de energia, aliada a uma diversificação da matriz energética, ou seja, a procura por diferentes fontes de energias alternativas que supram a demanda

16 16 interna dos países, no caso de uma escassez de combustíveis fósseis (PACHECO, 2006) Energias Renováveis As fontes de energia renovável são caracterizadas por serem inesgotáveis ou não possuir um limite de tempo para sua utilização. Referem-se a energia limpa, conhecida também como energia verde, por não causarem impacto a atmosfera através de gases com o efeito de estufa, sendo que a única exceção é a biomassa, devido a queima para sua obtenção de energia (RODRIGUES, 2004 apud MARQUES 2007). Ainda Marques (2007) relata que estas fontes de energia limpa são geradas através do calor, força dos ventos ou da água. Entretanto, uma de suas vantagens é o fato de serem aproveitadas em diversos locais, evitando a dependência da utilização de energia do exterior. Segundo Capriglione (2006), em grande parte dos países, a matriz energética de fontes renováveis são mínimas, chegando a média de 5%. No entanto o Brasil aparece como um dos países que mais utilizam destas fontes tendo uma participação alta e ainda hoje apresenta uma característica única para um país de seu porte econômico. De acordo Balanço Energético Nacional - BEN (2011), a matriz energética por fontes renováveis no Brasil no ano de 2010 era de 45,1% tendo uma queda de 1% para o ano de 2011 devido a baixa oferta de etanol, como mostra a Figura 1.

17 17 Figura 1: Matriz Energética Brasileira. Fonte: BEN, (2011). De acordo com Coldebella (2006), as energias que se destacam no país são Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH), que fazem o aproveitamento hidráulico, energias eólicas e biomassa. Essas usinas tem sua potência instalada superior a 1 MW e igual ou inferior a 30 MW, procurando atender as demandas geralmente próximo aos centros de cargas, entretanto seu funcionamento atende as exigências da Agente Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). No entanto, essas usinas de pequeno porte se prestam a geração descentralizada e suas construções geram um impacto mínimo ao meio ambiente. As PCH s são utilizadas normalmente em rios de pequeno e médio porte com desníveis significativos em seu percurso, sendo suficiente para gerar potência através da movimentação das turbinas (WALKER, 2009). Denomina-se energia eólica aquela energia cinética gerada pela movimentação das massas de ar em movimento (vento) provocada pelas diferenças de temperatura existentes na superfície do planeta. Seu aproveitamento ocorre por meio do contato do vento com as pás do cata vento, dando origem a energia mecânica que aciona o rotor do aero gerador produzindo energia (ANEEL, 2008).

18 18 Como uma das fontes com maior produção de energia e maior potencial de crescimento nos próximos anos, se destaca a biomassa, tanto no mercado interno como externo, sendo uma alternativa excelente para a diversificação da matriz energética e consequentemente uma redução da dependência dos combustíveis fósseis, obtendo energia elétrica e biocombustível, como por exemplo, o etanol, substituindo derivados do petróleo como o óleo diesel e a gasolina (ANEEL, 2008). 2.2 BIOMASSA A biomassa pode ser utilizada no processamento e transformação de energia, essa de origem em resíduos sólidos urbanos, animais, vegetais, industriais e florestais, envolvendo a utilização desses resíduos para fontes de energia alternativa (CORTEZ et al., 2008). Conforme Bley et al.,(2009), no Brasil o volume de biomassa residual tem aumentado proporcionalmente em todas as regiões de produção de proteínas animais acompanhando a produção agropecuária que envolve a criação de animais em espaços restritos. De acordo com ANEEL (2008) estima-se que existam cerca de 1,8 trilhões de toneladas de biomassa existentes na terra. Comparando esse volume com o grau de eficiência das usinas em operação no mundo no ano de 2005, essa energia aponta para uma capacidade de geração de 11 mil TWh por ano ao longo prazo, sendo mais da metade do total de energia elétrica gerada em 2007, que foi de 19,89 mil TWh. Grande parte das fontes de biomassa é encontrada em áreas rurais e agroindústrias devido à grande quantidade de dejetos e resíduos orgânicos gerado nos locais, podendo assim justificar seu aproveitamento para fins energéticos. Porem, esses recursos disponíveis (resto de culturas, esterco animal, madeira de reflorestamento para uso energético, efluentes agroindustriais, entre outros) deve ser definido, pois a viabilidade do projeto e sua tecnologia em conversão de energia dependem diretamente desses recursos (DIAZ, 2006).

19 19 Cortez et al., (2008), relata que a biomassa pode ser obtida a partir de quatro fontes de energia, sendo elas não-lenhosas, de vegetais lenhosos, como é o caso da madeira e seus resíduos, de resíduos orgânicos, no qual se enquadram os resíduos agrícolas, urbanos e industrias. Além dos biofluidos, como os óleos vegetais tendo com exemplo a mamona e soja. A energia da biomassa pode ser aproveitada de duas formas, ou através da conversão termoquímica ou através da conversão biológica. A primeira se refere à utilização de vegetais e rejeitos orgânicos para produzir calor mediante a combustão (queima). O segundo tipo de conversão acontece por meio da fermentação anaeróbica, na qual a matéria orgânica se descompõe em presença de bactérias que não necessitam de oxigênio (anaeróbias), que são chamadas metanogênicas porque produzem o chamado biogás, composto principalmente pelo gás metano. (SALOMOM e FILHO, 2007) Macrófitas De acordo com os autores Wearner e Clements apud Esteves (1998) os primeiros a definirem o termo macrófitas aquáticas foi definido em 1938, como plantas herbáceas que se desenvolvem na agua, em solos cobertos ou em solos saturados com água. Para o Programa Internacional de Biologia (IBP) as macrófitas aquáticas são caracterizadas como vegetais que colonizam desde brejos até ambientes verdadeiramente aquáticos. Apresentam características de vegetais terrestres devido a sua origem em ambientes terrestres e ao longo de sua evolução passaram por adaptações e colonizaram o ambiente aquático. Quanto ao biótipo, as plantas aquáticas poder ser reunidas em 5 grandes grupos ecológicos (ESTEVES, 1998): Macrófitas aquáticas emersas; Macrófitas aquáticas de folhas flutuantes; Macrófitas aquáticas submersas enraizadas; Macrófitas aquáticas submersas livres, e Macrófitas aquáticas flutuantes. Thomas e Bini (2003), mencionam que no Brasil, os estudos sobre macrófitas aquáticas são relativamente pequenos. No entanto destacam que a

20 20 necessidade no aumento desses estudos atualmente se deve aos seguintes aspectos: a) grande quantidade do ecossistema que abrigam espécies de macrófitas; b) Possuem diferentes funções ecológicas; c) Podem ocasionar efeitos indesejáveis em ambientes alterados pela atividade humana; d) As macrófitas constituem um grupo de organismos especialmente adequado, devido a alta biodiversidade e ao rápido crescimento para o teste de hipótese ecológica para os estudos experimentais. Com isso, estudos em relação a comunidades não só aumentar o conhecimento sobre diversos aspectos de sua ecologia, como constituirá de base para aplicações em programas de monitoramento e manejo. A macrófita Pistia stratiotes (Alface d água), segundo Lallana (1989) apud Oliveira Junior (2011) é uma macrófita aquática de distribuição pantropical, que se reproduz de forma sexuada e assexuada e observada formando densos tapetes de biomassa na superfície de lâmina d água. Considera-se, uma planta de fácil propagação, acelerado desenvolvimento em condições de temperatura entre 17 C a 30 C e água com ph entre 6,0 e 7,5. Com o objetivo de verificar a taxa de crescimento de macrofitas flutuantes, vem sendo realizado experimentos laboratoriais e em campo, com isso nota-se que as taxas de crescimento mais elevada, ocorrem em ambientes mais ricos em nutrientes (Camargo et al., 2003). Para Jandl (2010), a ameaça de plantas aquáticas invasoras ao ecossistema aquático local pode ser reduzida por encontrar um domínio de aplicação útil, sustentável. Isto pode ajudar a resolver o problema como vários sistemas aquáticos, como lagoas, lagos e canais de irrigação sofrem com a superpopulação de ervas daninhas invasoras, seja enraizada ou flutuante, uma das soluções dessa biomassa resultante pode ser utilizado de maneiras diferentes. Podendo ser seco e queimado para cozinhar, utilizar como fertilizante orgânico e de conversão de biogás. Segundo Mashandete (2009) a biomassa aquática pode ajudar a suprir os requisitos de biomassa para produção de biogás, porém sua utilização como fonte energetica é um conceito recente. No entanto resultados de pesquisas em torno do mundo de plantas aquáticas apresentam-se como fontes de fornecimento de baixo custo, através da digestão anaeróbia sendo promissoras e estão se diversificando no mundo.

21 21 Alvinge (2010), em seu trabalho utilizou duas espécies de macrofitas aquáticas emergentes e encontrou uma produção de biogás com as espécies Typha Latifolia e Phalaris arundinacea em valores de 300 e 330 ml metano por g -1 SV. Já o autor Ström (2010), utilizou Lemna mirror, em alta taxa de nutrientes encontrou uma concentração de metano com valor de 41%, mostrando assim, que estudos com a utilização de macrófitas no processo de biodigestão anaeróbico podem suprir requisitos de biomassa. 2.3 BIOGÁS O biogás é basicamente uma mistura de gases produzidos pela biodigestão de materiais orgânicos, resultante da fermentação da biomassa no processo de tratamento anaeróbio (ausência de oxigênio). Pode aparecer de duas formas, natural em lagos, rios e pântanos como uma fase no ciclo do carbono em nosso planeta, ou através de biodigestores onde ocorre a decomposição de resíduos orgânicos, plantas, lixos urbanos, dejetos de animais entre outros (WALKER, 2009). Esta mistura de gases é composta por metano (CH 4 ), dióxido de carbono (CO 2 ) além de outros gases em pequena quantidade, como de nitrogênio (N 2 ), oxigênio (O 2 ), traços de hidrogênio (H 2 ) e de sulfeto de hidrogenio (H 2 S). A média dos componentes da mistura gasosa pode ser visualizada na tabela 1. TABELA 1 Composição do biogás Composição do Biogás Percentual de Volume (%) Metano (CH 4 ) 55 a 75 Dióxido de Carbono (CO 2 ) 25 a 45 Nitrogênio (N 2 ) 0 a 3 Oxigênio (O 2 ) 0 a 1 Sulfeto de Hidrogênio (H 2 S) 0 a 1 Amoníaco (NH 3 ) 0 a 0,5 Monóxido de Carbono (CO) 0 a 0,1 Fonte: Azevedo (2000).

22 22 De acordo com Roya et al. (2011), para se obter o biogás é necessário obedecer alguns critérios como, fermentação, temperatura, umidade, acidez, sem a presença do oxigênio. Com isso, o biogás é produzido pela ação de microrganismos bacteriológicos sobre o acumulo de materiais orgânicos (biomassa) sendo estes lixos domésticos, resíduos industriais, vegetais, dejetos de animais entre outros. A produção de biogás até pouco tempo era vista como um subproduto obtido a partir da decomposição anaeróbia de lixo urbano, resíduos animais e de lamas provenientes de estações de tratamento de efluentes domestico. Diante do aumento da economia com o passar dos anos e o elevado preço de combustíveis convencionais, ocorre a procura por novas fontes alternativas para produção de energia de modo a criar novas formas de produção energética visando a redução de recursos naturais esgotáveis (COSTA, 2006). A utilização do biogás pode ser aproveitada nas formas de energia; elétrica, energia térmica ou energia mecânica. Enquanto a utilização dessas formas continuarem a ser útil, o biogás proporcionara uma forma de poupar recursos, com importante valor econômico associado. Seu uso gera renda e economia, despertando crescente interesse em sua tecnologia (SANTOS 2000, apud COLDEBELLA, 2006). 2.4 BIODIGESTORES O biodigestor pode ser definido basicamente por uma câmara fechada onde a biomassa (em grande parte por dejetos de animais) sofre a digestão pelas bactérias anaeróbicas, isto é, na ausência de oxigênio. Assim pode se definir que se trata de nada mais que um recipiente completamente vedado. A fermentação anaeróbica tem como resultado a liberação de biogás e a produção de digestato. Tal aparelho, contudo não produz o biogás, uma vez que sua função é fornecer condições favoráveis, para que as bactérias metanogênicas que degradam a matéria orgânica, produzindo o metano (GASPAR, 2003). Quanto ao abastecimento de biomassa, Galvão et al., (2006) explicam que o biodigestor pode ser classificado como intermitente, utilizando sua capacidade máxima de armazenamento de biomassa, retendo-a até a complexa biodigestão.

23 23 Com isso é retirado os restos da digestão, para iniciar a uma nova recarga. Já o contínuo tem seu abastecimento diário de biomassa, com descarga proporcional à entrada de biomassa. Em relação a utilização de materiais orgânicos de decomposição lenta e com grande período de produção, como no caso de palha ou forragem misturada, o modelo mais indicado é o intermitente. Para armazenamento do biogás existem diversos tipos de biodigestores, mas basicamente são compostos de duas partes: um recipiente onde permita a digestão da biomassa, e o gasômetro que serve para armazenar o biogás (GASPAR, 2003). De acordo com Oliveira (2012), existem diferentes modelos de biodigestores, porém os mais utilizados mundialmente são os modelos canadense, chinês e indiano. Sendo que, na região sul do Brasil onde se localiza o maior número de biodigestores implantados em propriedades rurais, o mais utilizado é o do tipo Canadense (Pereira et al., 2009). Figura 2: Modelo biodigestor canadense. Fonte: NEVES, 2010.

24 Digestão anaeróbia A digestão anaeróbica é um processo de tratamento pelo qual o metano é produzido através de materiais orgânicos, que se desenvolvem na ausência de oxigênio. Este processo reside na conversão de grande parte da carga de efluentes e dejetos gerando o biogás. Essa transformação contribui para um grande interesse por essa tecnologia, sendo uma opção energética com reconhecidas vantagens ambiental (EMBRAPA, 2006). O processo da digestão anaeróbia consiste na transformação de compostos orgânicos complexos em substâncias mais simples, como metano e dióxido de carbono, através da ação combinada de diferentes microrganismos que atuam na ausência de oxigênio (DIESEL et al., 2002). Para ocorrer a biodigestão anaeróbia é necessário que os requisitos ambientais sejam garantidos, sendo o sucesso do processo dependente de um balanço delicado dos nutrientes requeridos pela população microbiana, que caso não sejam fornecidos pode-se utilizar algumas estratégias como menores cargas ao sistema ou permissão de menor eficiência ao sistema (SILVA, 2009). De acordo com Junior et al., (2012) os processos biológicos de biodigestão, sofrem influência de diversos fatores, entre eles, a temperatura, o ph, a alcalinidade, o uso de inóculo, os teores de sólidos totais e a composição química do resíduo. Para Silva (2009), a digestão anaeróbia pode ser dividida em um processo de quatro fases, que são: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. A primeira etapa se caracteriza pela hidrólise, grande parte dos compostos orgânicos complexos e polimerizados como policarboidratos, proteínas e lipídeos são degradados por bactérias hidrolíticas em produtos mais simples como aminoácidos, açúcares. Na etapa seguinte denominada de acidogênese, os compostos orgânicos mais simples são convertidos através das bactérias acidogênicas em: ácidos graxos voláteis de cadeia curta (acético, butírico e propiônico) e ácidos láticos e compostos minerais. Na etapa da acetogênese ocorre a conversão dos produtos da acidogênese em compostos que compõem os substratos para produção de metano, como acetato, dióxido de carbono e

25 25 hidrogênio. Finalmente na ultima etapa do processo anaeróbio, a metanogênese, os ácidos voláteis são digeridos pelas bactérias arqueas metanogênicas produzindo metano, dióxido de carbono e outros gases (PROSAB, 2003). Na digestão anaeróbia o controle das condições ambientais garante um ambiente com maiores interações entre as populações de microrganismos fermentativos e metanogênicos, visto que, essas populações microbianas são sensíveis às variações de natureza física que muitas vezes, atuam como agente seletivo, e as variações de natureza química, que podem atuar também de forma seletiva no meio. O sucesso do processo irá depender do equilíbrio dos principais requisitos ambientais para a digestão anaeróbia, como o controle da temperatura, ph, alcalinidade e ácidos voláteis, a presença de nutrientes e a ausência de substâncias tóxicas (FERREIRA, 2011). A Figura 3 apresenta o fluxograma elaborado por Menezes (2012), no qual estão contidas as fases de atuação das bactérias. Figura 3: Etapas do processo de digestão anaeróbia Fonte: Gerardi, 2003 apud Menezes, (2012)

26 Fatores que afetam o processo de biodigestão Todo processo fermentativo requer condições ótimas para melhor obtenção do produto, na Tabela 2 são apresentadas as características de cada variável do processo. TABELA 2 Características do processo de biodigestão Condições do processo Condição anaeróbica Temperatura Características - Em presença de oxigênio, produz dióxido de carbono, portanto o biodigestor tem de ser vendado. - A faixa de operação ótima para o processo é em torno de C. ph - As bactérias atuam numa faixa de 6,5 8. Teor de água Nutrientes - O teor de água dentro do biodigestor deve atender de 60 90% do peso total. - Os principais nutrientes são carbono (C), nitrogênio (N) e sais orgânicos. - a relação C/N deve atender de 20:1 a 30:1. Tempo de retenção - O tempo de retenção varia em torno de 10 a 30 dias. Agitação Fonte: Adaptado de Brites et al (2007). - Torna mais eficiente a distribuição de matéria orgânica e microrganismo.