USO DE CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR NA BIODIGESTÃO ANAERÓBIA DE DEJETOS DE VACAS EM LACTAÇÃO PARA AUMENTO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS BIODIGESTORES BATELADA

Transcrição

1 USO DE CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR NA BIODIGESTÃO ANAERÓBIA DE DEJETOS DE VACAS EM LACTAÇÃO PARA AUMENTO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS BIODIGESTORES BATELADA Xavier* 1, C.A.N.; Lucas Júnior, J. 2 1 Zootecnista. Pós-graduanda em Zootecnia na FCAV/UNESP, Via de Acesso:Prof. Paulo Donato Castellane, s/n. Cep Jaboticabal-SP, Brasil. crisanx@yahoo.com.br 2 Livre-doscente do Departamento de Engenharia Rural, FCAV/UNESP. jlucas@fcav.unesp.br Resumo Objetivou-se avaliar a inclusão de caldo de cana-de-açúcar em substratos contendo dejetos de vacas leiteiras em biodigestores batelada por meio das reduções de sólidos voláteis, produções de biogás e potenciais. Os ensaios foram realizados com 24 biodigestores bateladas de 60 L cada, com 0, 10, 20 e 30% de caldo e, depois, com 0, 1, 3 e 6% de caldo em substituição à água de diluição. Nesses ensaios o uso de 6% de caldo aumentou a produção de biogás sem maiores problemas para o processo. A redução de SV foi de 26,42%, o potencial dos dejetos de 0,088 m³ de biogás/kg, superiores aos tratamentos controle. Todavia, o uso de caldo junto aos dejetos deve ser analisado economicamente. Palavras-chave: ph,potenciais, SV reduzidos. 241

2 USE OF SUGAR CANE JUICE IN ANAEROBIC DIGESTION OF DAIRY COW MANURE TO INCREASE BIOGAS YIELD PRELIMINARY TESTS Abstract The aim of this research was to evaluate the inclusion of sugar cane juice in substrates containing dairy cow manure into batch digesters, through volatile solids reduction, biogas production and potentials. The assays were conducted in batch digesters, each one with 60 L, containing 0, 10, 20 and 30% of sugar cane juice and after, with 0, 1, 3 e 6% of sugar cane juice replacing dilution water. The use of 6% of sugar cane juice increased the biogas production with no problems during the process. The volatile solid reduction was 26.42%. The volumetric potential of m 3 /kg was higher than control treatment. However, the use of sugar cane juice must be analyzed through an economic point of view. Key-words: ph, potentials, reduced VS. Introdução Concomitante à produção de leite, as granjas leiteiras produzem elevadas quantidades de dejetos que constituem biomassa passível de uso para geração de energia e adubação orgânica em culturas vegetais, reduzindo o uso de fontes convencionais de energia e fertilizantes comerciais já que a produção de leite no Brasil tem resistido às custas de pequenas margens de lucro. Com a biodigestão anaeróbia (BA) dos dejetos pode-se alcançar a otimização do recurso alimentação, reciclando seu valor energético e seus nutrientes que permanecem no ciclo biogeoquímico do sistema de produção de leite podendo favorecer condições de sustentabilidade. Porém os custos de implantação de sistemas de BA ainda são relativamente altos e a recuperação do investimento depende, dentre outros fatores, da quantidade e qualidade do biogás produzido. O caldo de cana-de-açúcar (CCA) por suas propriedades, talvez possa ser utilizado como um aditivo, já que dispõe de elevadas quantidades de carboidratos prontamente solúveis podendo proporcionar maior crescimento microbiano inicial, estabelecimento de maior população de microrganismos, maior degradação da matéria orgânica do substrato e, conseqüentemente, maior produção de biogás. Objetivou-se nesse trabalho estudar a inclusão de CCA em substratos para biodigestores batelada no que se relaciona à melhor quantidade de CCA que pode ser adicionada para maior produção de biogás, sem comprometimento do processo de BA. Material e Métodos Foram realizados dois ensaios de BA em 24 biodigestores batelada de campo, com volume útil de 60 L, os quais foram descritos por Ortolani et al. (1986). Todos os substratos foram calculados para que contivessem 6% de sólidos totais (ST). Os dejetos utilizados eram provenientes de vacas holandesas em lactação mantidas em sistema de produção semi-intensivo e ordenhadas duas vezes por dia. 242

3 Eram sempre de um mesmo lote de coleta, obtidos por meio de raspagem do piso das instalações parcialmente cobertas, sem cama e com poucas sobras de alimentos. Os animais eram alimentados com concentrado e silagem de milho. O CCA utilizado foi da cultivar RB A moenda dos colmos era realizada logo após a colheita e o caldo utilizado imediatamente. No primeiro ensaio foram utilizados 12 biodigestores bateladas nos quais foram aplicados os tratamentos com 0, 10, 20 e 30% de CCA (v/v de água) nos substratos. O segundo ensaio iniciou-se 70 dias após o início do primeiro, em outros 12 biodigestores nos que receberam 0, 1, 3 e 6% de CCA (v/v de água) nos substratos. Os teores de ST e de SV foram determinados segundo metodologia descrita por Silva & Queiroz (2002). O ph foi verificado nos substratos e nos biofertilizantes por meio de peagômetro digital. As produções de biogás foram calculadas com base nos deslocamentos dos gasômetros medidos com régua. O número obtido na leitura foi multiplicado pela área da seção transversal interna dos gasômetros, igual a 0,2827 m². Após cada leitura, os gasômetros foram zerados utilizando-se o registro de descarga do biogás. A correção do volume de biogás para as condições de 1 atm e 20 C, foi efetuada com base no trabalho de Caetano (1985). A temperatura do biogás era verificada por ocasião da leitura da produção com o uso de um termômetro digital. Testes de queima foram realizados com o auxílio de Bico de Bulsen. Resultados e Discussão Nos primeiros 105 dias do ensaio 1 e 2 as temperaturas médias diárias do ar foram 19,6 e 21,4 C, nos últimos 105 dias, as mesmas foram 23,5 e 24,3 C, respectivamente, indicando que o segundo ensaio foi conduzido em temperaturas mais altas. No início do ensaio 1 (Figura 1), os tratamentos contendo CCA apresentaram picos de produção com queima do biogás em três dias para o tratamento com 30% de CCA mas seguidos de paralisação da produção na qual observou-se que a pequena quantidade de biogás gerada tinha forte odor e não queimava, permanecendo assim por todo o período para esse tratamento. Para os tratamentos com 10 e 20% de CCA houve uma retomada da produção de biogás, com queima do mesmo, mas de modo tardio, após 120 dias do abastecimento, sendo inviável sua recomendação mesmo em relação à testemunha (0% de inóculo) com sua produção de biogás inferior em relação a esses dois tratamentos. Partindo do fato que o tratamento com 10% de CCA aproximou-se mais da testemunha, realizou-se o ensaio 2 com quantidades inferiores a 10%. Nos primeiros 45 dias desse ensaio a temperatura média do ar foi de 18,7 C, o que deve ter promovido ambiente psicrofílico nos biodigestores, apesar de serem subterrâneos. De acordo com Garba (1996) as metanogênicas são muito sensíveis às mudanças súbitas de temperatura. As produções de biogás foram tardias nesse ensaio, cerca de 45 dias após os abastecimentos. O tratamento contendo 1% de CCA teve produções próximas à da testemunha e os tratamentos com 3 e 6% de CCA melhoraram suas produções cerca de 20 dias depois dos primeiros, em que o tratamento contendo 6% de CCA apresentou picos mais expressivos de produção de biogás. Observou-se que a carga inicial já contendo o CCA, em condições ambientes com baixas temperaturas (de inverno), favoreceu uma rápida hidrólise dos compostos dos substratos, levando a grandes picos de produção de biogás no início do processo, ao que se seguiram quedas acentuadas de ph (dados não apresentados), 243

4 constatadas pela amostragem de substratos por meio de seringa acoplada a uma mangueira de 5 mm de diâmetro colocada no local de liberação do biogás. Os substratos retirados tinham aspecto viscoso e mal-cheiroso, principalmente dos tratamentos com 20 e 30% de CCA. De acordo com Ripley et al. (1986) a alta concentração dos substratos é um dos fatores que podem levar o processo de BA à falência por inibição das metanogênicas. Os valores de ph iniciais foram menores à medida que se empregou maior quantidade de CCA no substrato em ambos ensaios. O ph final, ou do biofertilizante foram muito próximos quando se utilizaram 0 a 20% de CCA. O tratamento com 30% de CCA apresentou ph final de 5,78, muito abaixo do ideal para condução ótima do processo de BA, talvez por isso tenha ocorrido pouca ou nenhuma produção de biogás. Exceto com relação ao tratamento com 30% de CCA, as produções totais de biogás dos tratamentos no ensaio 2 foram inferiores aos do ensaio 1, provavelmente devido às temperaturas médias do ar inferiores ocorridas durante aquele ensaio. As reduções de SV durante o processo de BA variaram de 27,20 a 21,82%, respectivamente, considerando 0 a 20% de CCA. Os potenciais dos dejetos foram superiores no ensaio 2 em que o tratamento com 6% de CCA produziu mais biogás por unidade de dejeto, sendo de 0,088 m³/kg. Umetsu et al. (2006) realizaram a co-digestão de dejetos de vacas e beterraba açucareira, parte aérea e raízes (moídas em 3 mm), que continham 17,98 e 7,80% de açúcares, respectivamente, em biodigestores batelada e semicontínuos, nos quais foram testadas 10, 20, 30 e 40% de inclusão das partes da planta e inteira em TRH de 20 dias à 55±1 C e abastecimento inicial com 50% de inóculo nos biodigestores batelada. Os autores verificaram aumento na produção de biogás em alguns tratamentos, mas paralisação na produção de metano quando utilizaram 30 e 40% da planta inteira e 15% de raízes na co-digestão em biodigestores batelada. Conclusões Para que não haja comprometimento do processo de biodigestão anaeróbia em biodigestores batelada por redução de ph com conseqüente redução na produção de biogás, recomenda-se a inclusão de até 6% de caldo de cana-deaçúcar em substituição à água de diluição. No entanto, a viabilidade econômica da adoção dessa tecnologia deve ser estudada já que a obtenção do caldo de cana-deaçúcar tem custo. Agradecimentos O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Brasil. Literatura Citada CAETANO, L. Proposição de um sistema modificado para quantificação de biogás f. Dissertação (Mestrado em Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu,

5 GARBA, B. Effect of temperature and retention period on biogas production from lignocellulosic material. Renewable Energy, Oxford, v. 9, n. 1-4, p , sep/dec ORTOLANI, A.F. et al. Bateria de mini-biodigestores: Estudo, projeto, construção e desempenho. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 15, 1986, São Paulo. Anais... Botucatu: FCA/UNESP, p RIPLEY, L.E.; BOYLE, W.C.; CONVERSE, J.C. Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal WPCF, v. 58, n. 5, p , SILVA, D.J., QUEIROZ, A. C. Análise de Alimentos: métodos químicos e biológicos. 3a ed. Viçosa: Imprensa Universitária da UFV, 2002, 235p. UMETSU, K.; YAMAZAKI, S.; KISHIMOTO, T.; TAKAHASH, J.; SHIBATA, Y.; ZHANG, C.; MISAKI, T.; HAMAMOTO, O.; IHARA, I.; KOMIYAMA, M. Anaerobic codigestion of dairy manure and sugar beets. International Congress Series, n. 1293, p , ,06 0,05 Biogás (m³) 0,04 0,03 0,02 0,01 0, Tempo (dias) 0% 10% 20% 30% Biogás (m³) 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0, Tempo (dias) 0% 1% 3% 6% Figura 1. Produção de biogás em biodigestores batelada operados com dejetos de vacas leiteiras, água e caldo de cana-de-açúcar (%, v/v de água) dos ensaios 1 e 2 respectivamente. 245

6 Tabela 1. Parâmetros avaliados em biodigestores batelada operados com dejetos de vacas em lactação e diferentes inclusões de caldo de cana no substrato (v/v de água). Inclusão de caldo de cana-de-açúcar 0% 10% 20% 30% ph inicial 6,51 6,37 6,33 6,24 ph final 7,81 7,88 7,78 5,78 Produção total de biogás (m ³ ) 1,13 1,69 1,83 0,41 Redução de SV (%) 25,81 25,73 21,82 16,78 Potencial do Dejeto (m³.kg -1 ) 0,049 0,073 0,079 0,018 Inclusão de caldo de cana-de-açúcar 0% 1% 3% 6% ph inicial 6,75 6,30 6,15 6,04 ph final 7,79 7,76 7,83 7,82 Produção total de biogás (m³) 1,24 1,37 1,53 1,56 Redução de SV (%) 27,20 27,15 26,41 26,42 Potencial do Dejeto (m³.kg -1 ) 0,070 0,077 0,086 0,