ESTUDO DA BIODIGESTÃO DE RESÍDUOS DE ABATEDOURO DE AVES DE CORTE PARA FINS DE PROJETO DE BIODIGESTORES

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1 ESTUDO DA BIODIGESTÃO DE RESÍDUOS DE ABATEDOURO DE AVES DE CORTE PARA FINS DE PROJETO DE BIODIGESTORES L.F.A. SOUZA 1, A. da C. NOGUEIRA 1,M. T. CAVALCANTI 2,J.N. SILVA 1 1 Universidade Federal de Campina Grande,Departamento de Engenharia Química 2 Universidade Federal de Campina Grande, Departamento de Engenharia de Alimentos para contato: luizefrances@hotmail.com RESUMO - Atualmente, a procura por novos métodos para a obtenção de energia está cada vez maior, buscando atender necessidades da sociedade. Através de estudos de energias renováveis, tem-se um processo por meio de uma biodigestão anaeróbia de resíduos orgânicos para a produção de biogás. Neste contexto, o objetivo deste estudo é avaliar a produção de biogás a partir de vísceras de frango proveniente de abatedouros de aves de corte. Para isso foram realizados experimentos contendo diferentes porcentagens de vísceras de frango, de 15 % e 20%,em volume fixo de 2L de biomassa. Foram avaliados a temperatura, ph e volume por dia. Os resultados mostraram uma razão média de geração de biogás por biomassa, em um tempo de residência de 45dias, de 0,01134 m³ Kg -1 e 0,03073 m³ Kg -1, sendo este último avaliado com ativadores bovinos. Portanto, a biodigestão de vísceras de frango é uma alternativa para geração de energia e tratamento de resíduos gerados por abatedouros de aves de corte. 1. INTRODUÇÃO Com o crescente interesse por energia renovável e o aumento de resíduos descartados ao meio ambiente sem um tratamento prévio, faz-se necessário à busca por processos que possibilitem minimizar os impactos ambientais e que também permita ser uma fonte energética. O tratamento de resíduos associado à geração de energia vem se tornando atrativo, uma vez que permite o processo com viabilidade econômica (NAGAO et al., 2015; KHALID et al., 2011). A técnica da biodigestão anaeróbia, a qual tem como produtos o biogás (fonte de energia) e biofertilizantes, se apresenta como uma solução simples para a produção de energia a partir de resíduos orgânicos (DERBAL et al., 2012). Além de ser uma técnica bastante atrativa por ser um processo de baixo custo econômico e uma alta eficiência energética, apresenta também a possível comercialização dos chamados créditos de carbono, os quais são gerados pela combustão do metano, principal constituinte de biogás, aumentando a viabilidade econômica do projeto de biodigestores e também do controle de contaminação do ambiente, por meio do tratamento dos resíduos.

2 A biodigestão anaeróbia é composta por quatro etapas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese (DEUBLEIN e STEINHAUSER, 2011). Os produtos da hidrólise são oriundos das quebras de moléculas orgânicas complexas, como polissacarídeos e gorduras. Na etapa acidogênica, os monômeros, tais como a glicose, aminoácidos e ácidos graxos são convertidos em ácidos de cadeias menores, amônia, hidrogênio e dióxido de carbono. A etapa acetogênica,ácido acético, alcoóis e cetonas são produzidos, que serão utilizados na metanogênese. A última etapa tem como produto o metano, dióxido de carbono, hidrogênio e sulfeto de hidrogênio em menor quantidade. Destes, o metano é o composto que está em maior quantidade, com cerca de 55 a 70% em volume (ALVES et al., 2013), o que é capaz de gerar energia, pois o mesmo possui um alto poder calorífico, cerca de a kcal por metro cúbico de biogás, podendo chegar a kcal por metro cúbico após a purificação da mistura gasosa. Desta forma, é de grande relevância desenvolver mecanismos simples, eficientes e de fácil implementação, para que energias geradas por sistemas de biodigestão possam ser aproveitadas tanto em proporções domésticas quanto industriais, aproveitando o potencial dos diferentes tipos de resíduos (esterco de animais, resíduos orgânicos, entre outros). Além disso, nos aspectos ambientais, desenvolve-se uma solução para minimizar a poluição e a emissão de gases de efeito estufa. Diante do exposto, o presente trabalho visa aplicar o processo de tratamento anaeróbio, à fração orgânica de víscera de frango de corte gerada por abatedores, em um sistema de batelada com diferentes porcentagens de substrato, com a finalidade de avaliar o potencial de geração de biogás. 2. METODOLOGIA A matéria-prima utilizada para a realização deste trabalho foram vísceras provenientes de dois abatedouros localizados no estado da Paraíba, com capacidade de produção de 1600 frangos por hora, por abatedouro, gerando por sua vez 492,8 kg de vísceras por hora. Os experimentos realizados fazem parte da determinação do potencial de produção de biogás para projeto de biodigestores para tratar os resíduos gerados por essas unidades. Para a realização dos experimentos, dois biodigestores de bancada foram propostos, sendo o primeiro com a especificação de operação com agitação a temperatura ambiente e o segundo controlando a temperatura. Como pode ser observado na Figura 1, os sistemas são constituídos por biodigestores de 3 L, um gasômetro de 1 L e um mecanismo regulador de pressão. Nos mesmos foi acoplado um bico de Bunsen para realização do teste de chama.

3 Figura 1 sistemas montados para realização dos experimentos: (I) com agitação e temperatura ambiente, (II) com controle de temperatura A produção de biogás em cada sistema foi avaliada considerando a produção diária coletada no gasômetro, onde a cada leitura, o sistema manométrico era zerado para posterior captação. Foram consideradas como amostras inicias 300g de vísceras de frango em frações 15% no sistema (I), e de 20 % no sistema (II). No segundo sistema houve adição de esterco bovino (inóculo), com o objetivo de diminuir o tempo de espera para o surgimento de bactérias metanogênicas. Os parâmetros avaliados foram ph (medidos em phametro de bancada), temperatura e o coeficiente de produção de biogás a razão entre o volume de biogás e a massa, em um período de 45 dias. Antes de cada coleta, o sistema foi agitado mecanicamente para garantir a homogeneidade e o desprendimento dos gases dissolvidos. Com relação ao coeficiente calculado, foi desconsiderada a proporção de lipídios da biomassa, já que foi observado que no tempo avaliado a gordura não foi degradada. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Sistemas O primeiro biodigestor experimental foi construído considerando como gasômetro uma proveta de 1 L, balão volumétrico de 3 L e o sistema de ajuste de pressão, uma pisseta invertida, ambos conectados por mangueiras, como mostra a Figura 2. A diferença entre os dois sistemas (Figura 2I e 2II) se deve ao primeiro sistema conter um agitador magnético, enquanto o segundo sistema um banho Maria com regulador de temperatura.

4 (I) (II) Figura 2 Montagem dos biodigestores a partir dos sistemas (I) e (II) No sistema de ajuste de pressão, na pisseta invertida, um pequeno orifício localizado na parte superior propiciava o ajuste espontâneo da pressão do sistema. O biogás gerado era então armazenado no gasômetro por uma coluna de líquido, deslocando o liquido para o regulador. Tal sistema propiciava o aumento de pressão para o teste de chama, que servia para verificar a queima do metano gerado na biodigestão. No sistema II foi escolhido o inoculo de esterco bovino com a justificativa da melhoria substancial da rentabilidade de produção de biogás (LIM e FOX, 2013; BARROS et al., 2009), devido este tipo de material conter os microrganismos adequados e grande capacidade de acelerar o processo de biodigestão. Produção de biogás A produção de biogás utilizando o primeiro biodigestor foi avaliadaconsiderando a temperatura e pressão ambiente. Esse primeiro sistema contribuiu para aprimorar a investigação e eficiência da biodigestão da biomassa proveniente de abatedouros de aves de corte. O sistema foi avaliado em um tempo de residência de 45 dias, sendo 29 dias com presença de produção biogás (Figura 3a) e acompanhamento da temperatura (Figura3b). Durante este período, no sétimo dia de experimento foi observada uma baixa produção volumétrica de biogás coletado. Segundo Lidmark (2010), o comportamento de baixa produção de biogás pode ser explicado pela alta quantidade de hidrogênio produzida na fase acidogênica, devido a um acúmulo de ácidos orgânicos no meio resultando em ph baixo, que por sua vez, o hidrogênio que

5 deveria ter sido consumido pela fase de metanogênese, tornou o meio pouco adequado para a produção de biogás. O volume máximo de biogás observado,produzido no biodigestor 1, foi no quarto dia, onde atingiu o volume de 0,760 L de gás. O volume acumulado produzido até essa avaliação foi de 2,926 L. (I) (II) Figura 3 Comportamento do biodigestor 1: (I) Volume de biogás produzido, (II) Temperatura do biodigestor Na observação da variação da temperatura, observa-se variação entre 24ºC e 32ºC, conforme mostra a Figura 3b, o que está de acordo com os estudos de Khanal(2009) sobre produção anaeróbica, onde na metanogênese, esta faixa de temperatura é conhecida como mesofílica, que varia entre 20 C a 40 C, tendo como ponto ótimo a faixa de C. Com relação ao ph, o seu valor se manteve constante, em torno de 5,0, com pequenas variações decimais. Com isso, não se obteve a faixa ótima de produção de metano, ph entre 6,0 e 7,0, o que provavelmente se deve a diminuição da produção nos últimos dias de acompanhamento do sistema. Com base nestes dados, o coeficiente de produção do biodigestor foi calculado pela razão do volume total produzido pela massa de vísceras de frango inserida. Deste cálculo foi desconsiderado o teor de gordura apresentado pelas vísceras, de 14%, ou seja, 42g da massa inserida composta de lipídios. Assim, considerando a massa de 258 g, tem-se o coeficiente para o biodigestor 1de 0,01134m 3 kg -1.

6 Os resultados obtidos para o biodigestor com regulagem de temperatura e utilização de ativadores bovinos, aqui denominado como 2, foram semelhantes ao biodigestor 1, sem regular a temperatura. Para o segundo biodigestor, com porcentagem de 20% de biomassa e ativadores bovinos, fez-se um maior controle da temperatura e correção do ph no sistema. Para a correção do ph, seguindo os estudos de Kisperguer(2013), foi utilizado bicarbonato de sódio para correção do ph, uma vez que este foi comprovado por ser solúvel, atóxico e não gerar nenhuma influência negativa ao processo de produção de biogás. A variação do ph no sistema obteve um mínimo de 5,4 no 8º dia e um máximo de 6,2 no 20º dia, o que pode caracterizar a esta fase o estágio da metanogênese. A maior produção de biogás no biodigestor2 foi no sétimo dia,conferindo a este o volume de 0,98L e um coeficiente de produção de 32,67%, conforme mostra a Figura 4a. Os maiores picos de produção de gás foram no 7º, 9º e 16º dia de produção, com volumes de 0,98L, 0,3L e 0,55L, respectivamente. O aumento significativo na produção de biogás são correspondentes as posteriores adições de 6g/L de bicarbonato de sódio, seguindo a metodologia de Kispergher(2013). O volume total produzido por este biodigestor teve um aumento considerável em relação ao primeiro, sendo este de 4,425L, ou seja,um aumento de 1,499L o que comprova a influência no inóculo e controle da temperatura para um se obter um maior rendimento no processo. (I) (II) Figura 4 Comportamento do biodigestor 1: (I) Volume de biogás produzido, (II) Temperatura do biodigestor

7 Como apresentado na Figura 4b, a temperatura do processo foi influenciada pela manta térmica, que foi ajustada para manter a temperatura a 35ºC. Com isso, a temperatura variou entre 26 36ºC, garantindo uma maior proximidade na faixa mesófilica de temperatura e um melhor desempenho quando comparado com a temperatura do biodigestor 1. Com relação ao coeficiente de produção de biogás, foi efetuada a mesma metodologia. Porém, devido aos ativadores bovinos, o teor de lipídios da biomassa introduzida foi de 64%, resultando em 256 g de gordura não degradada ao final do tempo de residência. Sendo assim, a massa utilizada para o cálculo do coeficiente foi de 144 g, resultando em um coeficiente de 0,03073m 3 Kg CONCLUSÃO Por meio dos estudos realizados nos dois sistemas, foi possível observar que o biodigestor 2 apresentou um maior rendimento com relação a produção de biogás, o qual foi de 1,499L maior que o biodigestor 1 e consequentemente um maior coeficiente, apresentando uma diferença de 0,01939m³Kg -1. Esse aumento se deu pelo maior controle do biodisgestor 2, com adição do inóculo bovino, controle da temperatura e do ph, apresentando assim um melhor desenvolvimento para a produção de biogás. As condições utilizadas no biodigestor 1 possibilitaram avaliar a biodigestão em condições normais de pressão e temperatura. Comparando com o biodigestor 2, submeter a biodigestão em condições controladas, possibilita um maior rendimento na produção de biogás. Portanto, faz-se necessário o aperfeiçoamento da técnica para que esta possa levar a uma produção mais significativa de biogás. 5. REFERÊNCIAS ALVES, H. J., BLEY, C. J., NIKLEVICZ, R. R., FRIGO, E. P., FRIGO, M. S., ARAÚJO, C. H. C. Overview of hydrogen production technologies from biogas and the applications in fuel cells. International Journal of Hydrogen, v. 38, n 30, BARROS, R. M.; FILHO, G. L. T.; NASCIMENTO, Y. D. S.; GUSHIKEN, E.; CALHEIROS, H. C.;SILVA, F. G. B.; JÚNIOR, A. S. Estudo da produção de biogás da digestão anaeróbia de esterco bovino em um biodigestor. Revista Brasileira de Energia, Rio de Janeiro, v. 15, n. 2, p , KHALID, A.; ARSHAD, M.; ANJUM, M.; MAHMOOD, T.; DAWSON, L.The anaerobic digestion of solid organic waste.waste Management, v. 31, n. 8, p , KHANAL, S.K. Anaerobic Biotechnology Production.Cingapura: Wiley-Blackwell, 2009.

8 KISPERGHER, E. M., Digestão anaeróbia de efluentes da indústria de alimentos. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pósgraduação em Engenharia de Alimentos. Curitiba, LIM, S. J.; FOX, P. Biochemical methane potential (BMP) test for thickened sludge using anaerobic granular sludge at different inoculum/substrate ratios.biotechnology And Bioprocess Engineering. v. 18, p , NAGAO, N.; TAJIMA, N.; KAWAI, M.; NIWA, C.; KUROSAWA, N.; MATSUYAMA, T.; YUSOFF, F.; TODA, T. Maximun organic loading rate for the single-stage wet anaerobic digestion of foof waste. Bioresource Technology, v. 118, p , 2012.