PRODUÇÃO DE METANO POR BIOMASSA ANAERÓBIA UTILIZANDO GLICEROL BRUTO EVALUATION OF METHANE PRODUCTION BY ANAEROBIC BIOMASS USING GLYCEROL AS SUBSTRACT

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1 PRODUÇÃO DE METANO POR BIOMASSA ANAERÓBIA UTILIZANDO GLICEROL BRUTO EVALUATION OF METHANE PRODUCTION BY ANAEROBIC BIOMASS USING GLYCEROL AS SUBSTRACT Isabela Ramos Citelli (1) Natália Muniz Ruocco (2) Sandra Imaculada Maintinguer (3) Arnaldo Sarti (4) José Eduardo de Oliveira (5) Lorena Oliveira Pires (6) Resumo O biodiesel tem recebido grande atenção devido à crescente demanda mundial por fontes de energia renováveis. Entretanto, o glicerol é o principal resíduo gerado com elevado teor de impurezas durante a fabricação de biodiesel, por processo de transesterificação o que limita sua utilização. Possibilidades de aplicações para o glicerol bruto por processos anaeróbios podem ser empregados, tendo em vista a possibilidade de sua degradação com produção de metano (principal constituinte do biogás). O metano, como fonte de energia, possui um reduzido potencial poluidor quando comparado a combustíveis fósseis, sendo uma ótima alternativa como fonte renovável. Visando contribuir com estudos acerca da degradação microbiana do glicerol, aliada à produção de bioenergia, este trabalho avaliou a atividade metanogênica específica (AME) de dois lodos anaeróbios distintos em reatores operados em batelada, advindos de reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) usados no tratamento de rejeitos de abatedouro de aves e esgoto doméstico. Palavras-chave: Atividade Metanogênica. Biodegradação. Glicerol. Metano. Abstract The produce of biodiesel has received much attention because of the growing world demand for renewable energy sources. However, the glycerol is the main residue generated during the manufacturing of biodiesel, which involves a transesterification process, with a high content of impurities, which limits its use. Possibilities of application for the crude glycerol by anaerobic process could be used in view of its degradation and methane production (main constituent of biogas). Methane, as an energy source, has a pollution reduced potential when compared to fossil fuels and it s a great alternative of renewable source. Aiming contribute 1 Graduanda em Engenharia Química pela Unesp. isacitelli_93@hotmail.com. 2 Graduada em Engenharia de Energias Renováveis pelo Centro Universitário de Araraquara - Uniara. natalia.mruocco@hotmail.com. 3 Docente da Unesp. Instituto de Pesquisa em Bioenergia (IPBEN) mainting2008@gmail.com. 4 Docente da Unesp. Instituto de Química de Araraquara. arnaldosarti@gmail.com. 5 Docente da Unesp. Instituto de Química de Araraquara. jeduardo@iq.unesp.br. 6 Docente da Unesp. Instituto de Química de Araraquara. lorena.pires@iq.unesp.br.

2 with studies around the microbial degradation of the glycerol, associate with the bioenergy production, this research intended evaluate the specific methanogenic activity of two different sludge, from UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactors used for treating poultry wastes and sewage treatment station, in anaerobic batch reactors. Keywords: Methanogenic activity. Biodegradaction. Glycerol. Methane. 1 Introdução Alternativas energéticas renováveis, seguras, sustentáveis e ambientalmente mais corretas que combustíveis fósseis, principais responsáveis pela emissão de gases do efeito estufa (VIANA, 2011), têm sido estudadas, como os biocombustíveis bioetanol, biodiesel e biogás. O principal subproduto da produção de biodiesel é o glicerol que pode ser gerado na proporção de cerca de 10 kg para cada 100 kg de biodiesel produzido. Além disso, seu elevado teor de impurezas encarece o processamento industrial, pois sua composição e características dependem do óleo usado para a produção de biodiesel (VIANA, 2011; HUTAN et al., 2013). O glicerol oriundo da produção de biodiesel é constituído por uma mistura de óleos, ácidos graxos de cadeia longa, metanol, sais e outras substâncias que, se dispostas no meio ambiente sem tratamento adequado, são responsáveis por causar problemas de intoxicação, formação de espumas, mau cheiro e variações nas características de ecossistemas. Com isso, para manter a sustentabilidade econômica e ambiental da produção de biodiesel, é necessário o uso alternativo do glicerol residual (VIANA, 2011). Uma possível aplicação é utilizar o glicerol residual na geração de metano por processos biológicos. O teste de Atividade Metanogênica Específica (AME) é usado para avaliar o potencial máximo da biomassa contida em um reator em produzir metano. Para que a máxima atividade metanogênica do lodo seja alcançada, é necessária condição específica de anaerobiose, ph, temperatura e concentração de substrato. A atividade metanogênica do lodo digerindo glicerol residual é menor do que digerindo um substrato como a glicose, uma vez que a estrutura química do glicerol é mais complexa e sua mistura possui compostos contaminantes que podem inibir a metanogênese (VIANA, 2011). A determinação da capacidade do lodo anaeróbio em produzir metano, por meio da AME, é um importante parâmetro da eficiência da população metanogênica presente, constituindo uma ferramenta de controle operacional (AQUINO et al., 2007). Assim, o objetivo deste trabalho foi comparar a atividade metanogênica de dois inóculos anaeróbios a partir de diferentes concentrações de glicerol, de

3 modo a constatar a viabilidade da degradação de glicerol e consequente produção de metano pelos inóculos testados. 2 Material e Métodos O glicerol foi proveniente de planta piloto de obtenção de biodiesel localizada no IBIOTEC Instituto de Biotecnologia do Centro Universitário de Araraquara (Uniara) a partir de óleo de cozinha usado. Duplicatas de reatores anaeróbios (500 ml) operados em batelada continham 250 ml de volume reacional (100% lodo) e 250 ml de headspace (N 2 ). No total, quatro sistemas foram estudados: dois deles inoculados com lodo granular proveniente de reator UASB empregado no tratamento de rejeitos de abatedouro de aves (Lodo 1) e os outros dois, com lodo anaeróbio de Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) (Lodo 2). Para cada um dos lodos foram empregadas as concentrações iniciais de 10 g/l e 20 g/l de glicerol bruto. Os reatores foram mantidos a 30ºC e em repouso. Produção de Biogás A geração de metano foi quantificada por deslocamento de volume em um sistema acoplado aos reatores composto por frasco lavador, mangueiras, água e NaOH (AQUINO et al., 2007; NGHEIM, 2014), conforme esquema de Figura 1. Figura 1- Esquema para medida de produção de biogás por deslocamento de volume de líquido. Amostras da biomassa presente nos lodos dos reatores foram examinadas no início da operação por microscópio acoplado à câmara com captura de imagem. 3 Resultados e Discussão As concentrações de glicerol estudadas não foram tóxicas para o consórcio microbiano, pois ambos os lodos foram capazes de gerar metano (Figura 2). Concentrações

4 iniciais mais elevadas do substrato apresentaram melhores resultados na geração de metano em ambos os inóculos utilizados. Fase lag acentuada foi observada para o lodo 2 nos reatores alimentados com 10 g/l de glicerol enquanto que a curva de produção do lodo 1 apresentou melhores resultados. O lodo 1 mostrou-se mais adaptado para o glicerol bruto além de seu uso com sucesso na degradação de tóxicos por processos anaeróbios (LAZARO et al., 2014); e em ensaios de atividade metanogênica (VICH, 2006). Figura 2 Volume de metano produzido ao longo do tempo nas concentrações de 10 g/l e 20g/L de glicerol bruto (a) lodo ETE(Lodo 2) (b) lodo avícola(lodo1). Os volumes máximos de metano produzidos foram de aproximadamente 490,0 ml e 292,7 ml, respectivamente para os lodos 1 e 2 alimentados com concentrações iniciais de 20g/L de glicerol. Foram observadas morfologias semelhantes a bacilos, cocos, assim como methanosaetas e methanosarcinas para os inóculos (1) e (2), respectivamente (Figura 3). Figura 3- Microscopia eletrônica dos lodos anaeróbios estudados (a) Lodo Avícola (Lodo 1); (b) Lodo ETE (Lodo 2) (a) (b)

5 4 Conclusões Ambos os lodos foram capazes de produzir metano utilizando glicerol bruto como fonte de carbono.o lodo tratando rejeitos de avicultura apresentou os melhores resultados na geração de metano.as imagens de microscopia indicam grande diversidade bacteriana em ambos os lodos, o que favorece sua capacidade degradar compostos tóxicos como o glicerol bruto. 5 Agradecimentos/Apoio financeiro Avícola Dakar (Tietê SP) e à Estação de Tratamento de Esgoto Monjolinho (São Carlos SP) pelo fornecimento dos inóculos utilizados e ao CEMPECQ (Centro de Monitoramento e Pesquisa da Qualidade em Combustíveis, Biocombustíveis, Petróleo e derivados) pelo apoio financeiro nos equipamentos laboratoriais empregados. Referências AQUINO, S. F.; CHERNICHARO, C. A. D. L.; FORESTI, E.; SANTOS, M. L. F.; MONTEGGIA, L. O. Metodologias para determinação da atividade metanogênica específica (AME) em lodos anaeróbios. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 12, n. 2, p , 2007 HUTAN, M.; KOLESÁROVÁ, N.; BODÍK, I.; CZLDEROVÁ, M.; Long-term monodigestion of crude glycerol in a UASB reactor. Bioresource Technology, v. 130, p , LAZARO, C.Z., PERNA, V., ETCHEBEHERE, C., VARESCHE, M.B.A. Sugarcane vinasse as substrate for fermentative hydrogen production: The effects of temperature and substrate concentration. International Journal of Hydrogen Energy, 39, , NGHIEM, L. D.; NGUYEN, T. T.; MANASSA, P.; FITZGERALD, S. K.; DAWSON, M.; VIERBOOM, S.; Co-digestion of sewage sludge and crude glycerol for on-demand biogas production. International Biodeterioration & Biodegradation, 95, , VIANA, M. B. Produção de biogás a partir de glicerol oriundo de biodiesel f. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, VICH, D. V. Atividade metanogênica e a comunidade microbiana envolvidas na degradação de metilamina. Dissertação (mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2006.