Utilização de biodigestores como alternativa para o tratamento de dejetos oriundos da produção animal

Utilização de biodigestores como alternativa para o tratamento de dejetos oriundos da produção animal Tainá Silvestre Moreira 1, Roberta Ferreira Carvalho 1, Eduardo Cuelar Orlandi Cassiano 1, Diana Carolina Zapata Vazquez 1, Ricardo Galbiatti Sandoval Nogueira 1, Lizbeth Collazos Paucar 2, Flavio Perna Junior 1, Paulo Henrique Mazza Rodrigues 3 1 Alunos de pós-graduação do Departamento de Nutrição e Produção Animal - FMVZ/USP, Av. Duque de Caxias Norte, 225, CEP:13635-900, Campus de Pirassununga-SP. 2 Aluna de Doutorado da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos FZEA/USP, Av. Duque de Caxias Norte, 225, CEP:13635-900, Campus de Pirassununga-SP 3 Professor do Departamento de Nutrição e Produção Animal e Bolsista em Produtividade de Pesquisa do CNPq VNP/FMVZ/USP, Av. Duque de Caxias Norte, 225, CEP:13635-900, Campus de Pirassununga-SP. INTRODUÇÃO O Brasil ocupa posição de destaque na produção pecuária, sendo importante fornecedor de proteína animal para a população mundial. Apesar de sua importância, a pecuária brasileira, vem sendo criticada por emitir quantidades significativas de gases de efeito estufa (GEE). Grande parte dessa emissão é oriunda da fermentação entérica e dos dejetos gerados durante o processo de produção, sendo responsáveis pela emissão principalmente de metano (CH 4 ), óxido nitroso (N 2 O) e dióxido de carbono (CO 2 ) Em sistemas de produção intensiva, além do impacto ambiental gerado pela emissão dos GEE outros fatores são relacionados ao acúmulo de dejetos, como a geração de resíduos líquidos com altas concentrações de carga orgânica. A pecuária também exerce um papel importante no sequestro de carbono, por parte das pastagens bem manejadas e a integração lavoura pecuária, aumentando a eficiência na utilização de insumos e redução das emissões de metano dos animais em pastejo, em função dos ganhos em termos de quantidade e qualidade da forragem em comparação ao sistema convencional. Vários fatores podem interferir sobre a produção de metano dos dejetos, destacando a qualidade dos sólidos voláteis contidos nos dejetos. Segundo Moller et al. (2004), a produção de metano é dependente da composição química dos compostos orgânicos (carboidratos, lipídios e proteínas) contidos nas fezes, urina, palhas e camas, que podem fazer parte do resíduo total. Há uma grande variação na composição dos 1

resíduos de origem animal devido a alguns fatores, como: a espécie e categoria animal, tipo da dieta, uso de cama e a taxa de degradação dos resíduos. Técnicas nutricionais, como o uso de ionóforos, tanino, saponinas, óleos essências, lipídios, vacinas, anticorpos policlonais, técnicas de manejo de pastagens e melhoramento genético, assim como a busca por fontes renováveis e limpas, como os biodigestores, esterqueiras, tanques ou lagoas de retenção, lagoas de sedimentação, canais de drenagem, surgem como alternativas para reverterem, controlar e mitigar os problemas causados pelos GEE. A utilização de biodigestores é uma alternativa tecnológica para o gerenciamento dos dejetos, que permite a agregação de valor ao resíduo mediante a utilização de biofertilizantes e de biogás produzido em sistemas de geração de energia e calor (Perdomo et al., 2003). São classificados em dois tipos: contínuos e batelada, dentre os contínuos tem-se os modelos Chinês e Indiano, neste tipo de sistema a matéria-prima é colocada continuamente e quase sempre diretamente, tendo uma produção continua de biogás e biofertilizante, onde a produção só cessa quando falta matéria prima, provocando parada no sistema. Os modelos podem ser divididos de acordo com seu posicionamento sobre o solo: vertical ou horizontal (Comastri Filho, 1981). O tipo batelada é abastecido uma única vez, é mantido em fermentação por um período desejado, após o término da produção de biogás o material é descarregado. O biogás é gerado através da fermentação anaeróbia, de dejetos animais e resíduos vegetais, dentro de condições adequadas, resultando em uma mistura gasosa de CH 4 e N 2 O, este produto se torna muito interessante, pois se trata da conversão de algo poluente em uma fonte de energia. Seu potencial energético pode ser aproveitado por intermédio da queima e obtenção de energia térmica. A geração do biogás trás aos produtores uma opção energética renovável de ótimo rendimento, custeando os gastos em energia elétrica externa e proporcionando energia limpa e distribuição correta dos efluentes gerados. Segundo Castanon (2002), o potencial energético do biogás está em função da quantidade de metano contida no gás que determina o seu poder calorífico. Grande parte dos nutrientes, ingeridos na dieta, são eliminados via fezes e urina e não são degradados, após a biodigestão 50% do nitrogênio presente se transforma na forma de amônia dissolvida, prontamente assimilável pelas plantas (Nogueira, 1986). A biomassa resultante do processo de biodigestão conhecida como biofertilizante possui alto poder fertilizante. De acordo com Kiehl (1985), para o dejeto se tornar um fertilizante orgânico humificado deve sofrer um processo de fermentação 2

microbiológica. A finalidade da fermentação é produzir um material humificado semelhante à matéria orgânica natural do solo (Malavolta, 1979). Os biofertilizantes podem ser utilizados em substituição aos fertilizantes convencionais, proporcionando aos produtores uma redução nos custos de produção, além de contribuir com a sustentabilidade ambiental. Esta revisão tem o objetivo de apresentar a utilização de biodigestores, como uma ferramenta para a redução na produção de metano, óxido nitroso e dióxido de carbono em busca de uma produção animal economicamente viável e sustentável. IMPACTO AMBIENTAL DE DEJETOS No Brasil, grande parte das emissões de metano de origem entérica é decorrente de bovinos criados em sistemas extensivos, em pastagens que se encontram abaixo de seu potencial produtivo, acarretando assim ineficiência ao processo produtivo, gerando maiores emissões de metano por unidade de produto, seja carne ou leite. (Guimarães Jr. et al., 2010; Lima 2002; Machado et al., 2011). Dentre os GEEs, o dióxido de carbono (CO 2 ), o metano (CH 4 ) e o óxido nitroso (N 2 O) são os mais importantes no âmbito da atividade agropecuária. Apesar das concentrações de metano e óxido nitroso na atmosfera serem menores que a de CO 2, esses gases apresentam potencial de aquecimento 23 e 296 vezes maior em relação ao CO 2, respectivamente (Snyder et al., 2008). Com sua taxa de crescimento anual de 7%, o gás metano apresenta potencial de aquecimento global 23-25 vezes maior que o CO 2 e seu tempo de vida na atmosfera varia de 9 a 15 anos (IPCC, 2006). Dentre as fontes antrópicas de emissão de CH 4, a fermentação entérica dos ruminantes contribui com 22% da produção mundial, correspondendo a 3,3% dos GEE (USEPA, 2000). Já a emissão de metano pela fermentação das fezes no ambiente quando comparada à produção entérica é bem inferior, representando 1,6% dos GEE. A emissão de metano pela excreção fecal é variável em função do manejo do dejeto, com maiores taxas de emissão para dejeto oriundo de confinamento em relação ao dejeto depositado diretamente nas pastagens. (Brasil, 2009; Chizzotti et al., 2012) Estima-se que no Brasil as áreas de pastagens degradadas ocupem entre 20 a 60 milhões de hectares, o que representa um grande potencial de sequestro de carbono (Bernedet, 2010). A partir do ano de 2010, o governo brasileiro instituiu o Programa 3

para Agricultura de Baixa Emissão de Carbono (Programa ABC), por meio do qual são destinados recursos para financiar práticas adequadas, tecnologias adaptadas e sistemas produtivos eficientes que contribuam para a mitigação da emissão de GEEs na agropecuária (Brasil, 2010). Com a recuperação das pastagens degradadas e um manejo adequado, observa-se um sequestro de carbono pelas pastagens no solo, em função do crescimento radicular que é um dos drenos de carbono com grande potencial no Brasil. Portanto, ao invés de reduzir nossa produção, temos que intensificá-la, apenas com o cuidado de agregar eficiência aos sistemas de produção (Almeida & Medeiros, 2013). Recentemente, a integração Lavoura-Pecuária (ilp) têm sido reconhecida como estratégia para redução das emissões de GEE pela agropecuária. Entre os fatores positivos decorrentes da adoção da ilp podem ser citados: a redução do avanço da fronteira agrícola (efeito poupa-terra), mitigação das emissões de carbono devido ao aumento no teor de matéria orgânica no solo, aumento na eficiência no uso de insumos e redução das emissões de metano dos animais em pastejo, em função dos ganhos em termos de quantidade e qualidade da forragem em comparação ao sistema convencional (Martha Jr. et al., 2006; Machado et al., 2011; Vilela et al., 2011; Vilela et al., 2012). Já o óxido nitroso, considerado um potente GEE é gerado naturalmente nos solos pelo processo de nitrificação e desnitrificação. As emissões de óxido nitroso pela agropecuária representam 90,6% das emissões nacionais deste gás e são provenientes principalmente da emissão dos solos. Apesar da baixa emissão por unidade de área, como a área de pastagens no país é muito grande, a emissão pelas pastagens representa cerca de 39,4% das emissões de óxido nitroso pelas atividades agropecuárias. A entrada de nitrogênio (N) no sistema solo-atmosfera agregada a outros fatores estimula a produção deste gás, e por isso, a grande quantidade de N contido nas excretas dos bovinos, tanto na urina quanto nas fezes, faz com que os dejetos resultem como a mais importante fonte de N 2 O em pastagens. Sua emissão via decomposição de dejetos é altamente variável e dependente do manejo aplicado ao dejeto (Lessa, 2011; Oliveira et al., 2011). Para gado de leite, de 20 a 30% do nitrogênio consumido diariamente encontram-se na proteína do leite e na carne produzida, sendo o restante excretado pelas fezes e urina. Para gado de corte a eficiência de uso do nitrogênio é ainda menor, cerca de 10%. Dessa forma, dietas com excesso de proteína resultará em maiores custos com alimentação além do aumento na excreção de N e assim como maiores quantidades de óxido nitroso serão emitidas, contribuindo negativamente para o aquecimento global 4

(Chizzotti et al., 2012; Dou et al., 1996; Kohn et al., 1997; Oenema et al., 2001; Hutchings et al., 1996). Para emissão de GEE a partir de suínos e aves, há escassez de estudos no Brasil. Entre os poucos trabalhos existentes na área de suínos, podem ser citados alguns estudos de emissão de gás carbônico em solos adubados com dejetos de suínos (Giacomini & Aita, 2008) e avaliações de potencial de redução de emissão através do uso de sistemas de tratamentos, tais como biodigestores (Angonese et al., 2007). Na área de avicultura, as pesquisas se limitam às avaliações de teores de amônia, a qual não é diretamente causadora de efeito estufa, em ambientes confinados de aviários visando a questão do bem estar animal (Owada et al., 2007) e estudos de aditivos com potencial mitigador da volatilização desse gás em aviários (Medeiros et al., 2008). Neste sentido, é evidente a carência que existe no país de informações consistentes, sobre a real colaboração da produção intensiva de suínos e aves na emissão de GEE e também do potencial de mitigação da emissão destes gases, quando são adotadas ações para tratamento alternativo de dejetos (Oliveira et al., 2011). BIODIGESTÃO ANAEROBIA Atualmente a tendência na produção animal é promover sua sustentabilidade, buscando o máximo rendimento com o mínimo desperdício, objetivando assim, reduzir os impactos ambientais e melhorar a eficiência. Uma alternativa para minimizar os impactos causados pela grande geração de resíduos são os processos biológicos de reciclagem de nutrientes. Estes processos utilizam os resíduos provenientes da produção animal como matéria prima para a geração de subprodutos de valor agregado, tornando a atividade técnica e economicamente viável. A biodigestão anaeróbia é um processo fermentativo, causado por microrganismos especializados que atuam em reações específicas, decompondo a matéria orgânica na ausência de oxigênio, ocorrendo uma complexa interação de microrganismos (Craveiro et al., 1982). As bactérias são responsáveis pela digestão de diversos componentes orgânicos, gerando biogás e biofertilizante (Chernicharo, 2007; Rizzoni, 2012). Biodigestão anaeróbia é um processo sensível, podendo ser dividido em quatro fases: 5

1. Hidrólise enzimática - materiais orgânicos complexos são hidrolisados e convertidos em moléculas menores por meio da fermentação; 2. Acidogênese - moléculas menores resultantes da hidrólise são metabolizadas por bactérias, convertendo-se em diversos compostos simples; 3. Acetogênese - microrganismos acetogênicos convertem os produtos da acidogênese, resultando em hidrogênio, dióxido de carbono e acetato; 4. Metanogênese - processo das arqueas metanogênicas, convertem os substratos que produzem metano a partir dos acetatos, hidrogênio e dióxido de carbono. Esses processos necessitam de alguns fatores para melhor aproveitamento do sistema como: temperatura, tempo de retenção, tipo de resíduo, ph, relação carbono/nitrogênio e qualidade de água (Chernicharo, 2007; Rizzoni, 2012; Leite, 2003; Fisher et al., 1979; Lucas Jr, 1998, Madigan, 2010). O valor do ph é um fator que influencia o desempenho do processo de biodigestão anaeróbia. Alguns estudos mostram o ph de 6,0 a 8,0 como sendo a faixa ótima para a fermentação anaeróbia (Batista, 1981). Porém, a faixa ótima de ph para digestão anaeróbia de dejetos de bovinos é de 6,7 a 7,4. (Ruiz, 1992; Bryant,1979). O acréscimo de resíduos de origem animal ao processo de biodigestão anaeróbia promove aumento na produção de biogás em relação ao uso de resíduos de origem vegetal (Al- Masri, 2001). Segundo Lucas Jr (1994), o potencial de produção de biogás a partir dos dejetos de ruminantes deve sofrer variações em função da qualidade nutricional dos alimentos fornecidos aos animais, encontrando-se diferenças entre dejetos coletados a partir de animais que são criados em pastagens em relação aos de animais que recebem alimento concentrado. O potencial de produção de biogás de dejeto ovino, encontrado por Jain et al. (1981), foi de 0,0452 m 3 kg -1 de biogás. Segundo Nogueira et al. (2013), a partir de dejetos de bovinos de corte confinado foi de 0,056 m 3 de biogás, com o teor médio de 79,6% de metano, resultando em um potencial de produção diário de metano de 0,043m 3 deste gás por quilograma de dejeto in natura. Lucas Jr (1987) encontrou maior eficiência na conversão de dejetos de bovinos em biogás (0,048m 3 kg - 1 de dejetos. Segundo Hardoin et al. (2004), em um confinamento de 100 vacas, um biodigestor pode produzir um volume de 118 m 3 de biogás, volume suficiente para atender com energia elétrica a demanda da ordenhadeira, do resfriador de leite, do triturador, do desintegrador, do misturador de ração e da bomba de água., Nascimento (1991) encontrou potencial de produção de biogás de 0,08692 m 3 kg -1 em biodigestores com 6

dejetos de ovinos e capacidade de carga de três litros. Misi & Forster (2001) avaliaram biodigestores com misturas à base de dejetos de caprinos, ovinos e bovinos (70%) e resíduos do processamento de frutas e cama de frangos (30%), encontrando valores de produção total de 4.189,50 ml de CH 4 em 35 dias de retenção em biodigestores com capacidade de 1.000 ml. BIODIGESTORES Um biodigestor compõe-se, basicamente, de uma câmara fechada na qual uma biomassa (em geral detritos de animais) é fermentada anaerobiamente. É possível, portanto, definir biodigestor como um equipamento destinado a conter a biomassa e seu produto, o biogás. A função dos biodigestores é fornecer as condições propícias para que um grupo especial de bactérias, as metanogênicas, degrade o material orgânico, com a consequente liberação do gás metano (Dotto et al. 2012). O biodigestor torna-se uma alternativa para o tratamento de dejetos, pois além de possibilitar a redução do potencial poluidor e dos riscos sanitários dos dejetos, promove a geração do biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia renovável e permite a reciclagem do efluente, podendo ser utilizado como biofertilizante (Júnior, 2009). Existem vários tipos de biodigestores, entre eles os contínuos, que proporcionam permanente fornecimento de gás e biofertilizante, como exemplo os modelos indiano (Figura 1 e 2) e chinês (Figura 3 e 4), e o modelo batelada, que o fornecimento de gás é interrompido para descarga do material digerido e nova carga do material a digerir (Figura 5) (Deganutti et al. 2002). Em geral, os biodigestores são compostos, basicamente, de duas partes: um recipiente (tanque) para abrigar e permitir a digestão da biomassa, e o gasômetro (campânula), para armazenar o biogás. Dentro do biodigestor em total ausência de oxigênio e luz, as bactérias anaeróbias digerem a biomassa (Farret, 1999). O tipo de biodigestor a construir vai depender dos seguintes parâmetros; quantidade e tipo de dejetos disponíveis, necessidade de energia, necessidade de fertilizante e necessidade de tratamento de dejetos. A construção de um biodigestor tem vantagens, por ser um processo natural para tratar rejeitos orgânicos, por requerer menos espaço que aterros sanitários, diminuir o volume de resíduo a ser descartado, ser 7

uma fonte de energia renovável, produzir um combustível de alta qualidade e ecologicamente correto, entre outras. Modelo Indiano: O modelo indiano caracteriza-se por possuir uma campânula, uma espécie de tampa, como gasômetro, a qual pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentação, ou em um selo de água externo, e uma parede central que divide o tanque de fermentação em duas câmaras. A função da parede divisória faz com que o material circule por todo o interior da câmara de fermentação. Este modelo possui pressão de operação constante, ou seja, à medida que o volume de gás produzido não é consumido de imediato, o gasômetro tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume deste, portanto, mantendo a pressão no interior constante (Deganutti et al., 2002). O resíduo a ser utilizado para alimentar o biodigestor indiano, deverá apresentar uma concentração de sólidos totais (ST) não superior a 8%, para facilitar a circulação do resíduo pelo interior da câmara de fermentação e evitar entupimentos dos canos de entrada e saída do material. O abastecimento também deverá ser contínuo, ou seja, geralmente é alimentado por dejetos bovinos e/ou suínos, que apresentam certa regularidade no fornecimento de dejetos. Figura 1. Processos do biodigestor 8

Figura 2. Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo indiano Modelo Chinês: O modelo chinês é constituído por uma câmara cilíndrica em alvenaria para a fermentação, com teto abobado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás. Este tipo de biodigestor funciona com base no princípio de prensa hidráulica, portanto, há aumento da pressão do gás no interior do biodigestor, deslocando a biomassa, em sentido contrário, da câmara de fermentação para a caixa de saída, quando há descompressão. Neste tipo de biodigestor, uma parcela de gás formado na caixa de saída é liberada para a atmosfera, reduzindo parcialmente a pressão interna do gás. Por este motivo as construções de biodigestores modelo Chinês não são utilizadas para instalações de grande porte. O substrato deverá ser fornecido continuamente, com a concentração de sólidos totais em torno de 8%, para evitar entupimentos do sistema de entrada e facilitar a circulação do material (Deganutti et. al, 2002). 9

Figura 3. Processos do biodigestor modelo Chinês Figura 4. Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo chinês Modelo Batelada: Modelo batelada é um sistema simples de ser construído, composto apenas pela câmara de biodigestão cilíndrica, e pelo gasômetro móvel, com formato cilíndrico. Este tipo de biodigestor é abastecido de uma única vez, portanto não é um biodigestor contínuo, como os modelos chinês e indiano, mantendo-se em fermentação por um período conveniente, sendo o material descarregado posteriormente após o término do período efetivo de produção de biogás. Enquanto, que os modelos chinês e indiano são usados para atender propriedades em que a disponibilidade de biomassa ocorre em períodos curtos, um exemplo seria aquelas que recolhem o gado duas vezes ao dia para ordenha, permitindo coleta diária de biomassa, que deve ser encaminhada ao biodigestor, o modelo em batelada adapta-se melhor quando essa disponibilidade ocorre em períodos mais longos, como ocorre em granjas avícolas de corte, cuja biomassa fica a disposição após a venda dos animais e limpeza do galpão (Deganutti et. al, 2002). 10

Figura 5. Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo batelada BIOGÁS De acordo com Paula (2006), um dos benefícios do processo de biodigestão anaeróbia, que logo contribuiu para o crescente interesse por esta tecnologia, reside na conversão da maior parte da carga poluente do efluente numa fonte de energia: o biogás. Atribui-se o nome de biogás à mistura gasosa (combustível), resultante da fermentação anaeróbia da biomassa dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez. O biogás é inflamável e inodoro, porém, se houver presença de ácido sulfídrico, pode possuir odor desagradável, semelhante a ovo podre. A geração de biogás a partir de resíduos animais é dependente, além da temperatura, ph, alcalinidade, também da própria característica do resíduo, que é o substrato para o crescimento dos microrganismos no biodigestor. Essa diferença na produção de biogás esta associada a vários fatores como, dieta dos animais, sistema digestivo, que fazem com que sejam produzidos resíduos de características distintas com potencialidades distintas na produção de biogás (Tabela 1) (Kunz & Oliveira, 2013). Tabela 1. Potencial de geração de biogás a partir de resíduos de diferentes animais. Kg esterco animal/dia m 3 /kg esterco m 3 /kg SV m 3 /animal dia Bovino 10-15 0,038 0,094-0,31 0,36 Suíno 2,3-2,8 0,079 0,37-0,50 0,24 Aves 0,12-0,18 0,05 0,31-0,62 0,014 Fonte: Oliveira (1993). SV=sólidos voláteis. Mesquita (2009) identificou as quantidades de biomassa necessária para produzir 1m 3 de biogás (Tabela 2). Tabela 2. Quantidade de biomassa necessária para a produção de 1m 3 de biogás. Biomassa Quantidade (kg) Esterco de vaca 25 Cama de Frango 5 Esterco Suíno 12 Plantas ou casca de cereais 25 Lixo orgânico 20 Fonte: Mesquita (2009) 11

Segundo Castanon (2002), o potencial energético do biogás está em função da quantidade de metano contida no gás, que determina o seu poder calorífico. O teor de metano varia, de 40 a 75%, dependendo da fonte geradora. Tabela 3. Composição média do biogás proveniente de diferentes resíduos orgânicos. Gás Porcentagem Metano (CH 4 ) 40 75 Dióxido de Carbono (CO 2 ) 25 40 Nitrogênio (N) 0,5 2,5 Oxigênio (O) 0,1 1 Ácido sulfídrico (H 2 S) 0,1 0,5 Amônia(NH 3 ) 0,1 0,5 Monóxido de Carbono (CO) 0 0,1 Hidrogênio (H) 1 3 Fonte: Castanon (2002). O biogás, por ser extremamente inflamável, pode ser simplesmente queimado para reduzir o efeito estufa (o metano apresenta um poder estufa cerca de 21 vezes maior que o CO 2 ) ou aproveitado para uso doméstico, motores de combustão interna, sistemas de geração de energia elétrica ou térmica (Oliveira et al., 2000). Guyot (1997) descreveu uma relação comparativa do biogás com outras fontes convencionais de energia (Tabela 4). Tabela 4. Relação comparativa de 1m 3 de biogás com outras fontes de energia. Tipo de combustível Quantidade Gasolina 0,6 l Querosene 0,57 l Óleo Diesel 0,55 l Gás liquefeito 0,45 kg Etanol 0,79 l Lenha 1,5 kg Energia elétrica 1,4 kwh Fonte: Guyut (1997). Para transformação do biogás em energia elétrica é necessária a utilização de geradores, para obtenção de energia térmica faz-se necessário o uso de fornos para que ocorra a queima e sua transformação em energia térmica (Avellar et al., 2004). Em propriedades familiares, o principal benefício da utilização do biogás é a substituição da querosene, lenha ou GLP, principalmente por meio da cocção direta e iluminação (Rodriguez et al., 1998). 12

De acordo com Werner et al.(1989) a produção de biogás de um biodigestor simples com volume de 8 a 10 m 3 é da ordem de 1,5 a 2 m 3 /dia, usando os dejetos de 3 a 5 vacas ou de 8 a 12 suínos. Essa quantidade é suficiente para que uma família de 6 a 8 membros possa cozinhar 2 a 3 refeições ou operar uma geladeira por todo dia e duas lambadas por 3 horas. Oliveira & Hirashi (2006) desenvolveram um trabalho em uma granja de suínos e aves, no qual, a granja possuía 400 suínos na fase de crescimento e terminação e 14.400 aves. A propriedade possuía um biodigestor para tratamento dos dejetos suínos. Substituiu-se todo o sistema de aquecimento de GLP das aves por biogás. Os autores concluíram que os dejetos produzidos diariamente por 400 suínos foram suficientes para gerar biogás como fonte de aquecimento para 14.400 aves. Esperancini et al. (2007) avaliaram o uso do biogás gerado pelos dejetos de suínos na substituição de fontes de energia num assentamento rural. No uso domiciliar, o biogás foi aproveitado na cocção, aquecimento de água e iluminação. A economia anual foi de R$ 3.698,00, e a recuperação do investimento ocorreu em 2,5 anos. Na produção, a energia foi utilizada em diversos equipamentos. A economia anual foi de R$ 9.080,57, e o investimento foi recuperado em 11 meses. Oliveira & Martins (2007) estudaram a viabilidade econômica do uso de um gerador disponibilizando 40 kwh, utilizando biogás da suinocultura, e concluíram que esta alternativa é viável à medida que aumentam a demanda e o preço da energia. Com uma tarifa de R$ 200,00 MWh -1, o tempo de retorno do investimento, considerando desconto da taxa de juros, foi de 39; 26 e 19 meses para tempos de geração diária de 10; 14 e 18 horas, respectivamente. O resfriamento do leite geralmente requer de 100 a 120 MJ de energia elétrica por tonelada de produto, incluindo o processo de bombeamento do leite e da água para lavar os recipientes e equipamentos (Riva, 1992). O pré-resfriamento do leite produzido por uma só vaca requer apenas 15% do potencial de geração de biogás dessa mesma vaca (Mears, 2001). Segundo Zicari (2003), com a utilização do biogás em uma fazenda leiteira com 300 vacas, pode-se economizar pelo menos US$ 2.000,00, enquanto que para uma fazenda com 1.000 cabeças essa economia pode chegar a US$ 7.000,00. A respeito da capacidade de produção de biogás, Souza et al. (2004) afirmam que, o tamanho das propriedades de suinocultura influi no volume de produção do biogás, sendo que estas podem variar de pequenas propriedades, com capacidade de 100 13

matrizes, até grandes propriedades, com mais de 2.500 matrizes. Dado que o índice teórico de produção de resíduo é de 72 litros dia -1 suíno -1, resultando em 0,775 m 3 dia - 1 suíno -1 de biogás. Almeida et al. (2008), cita para uma eficiência do processo de 60,5%, tem-se a produção de metano em função da carga orgânica de 0,504 m 3 dia - 1 suíno -1. Noronha & Gimenes (2008) afirmam que em granja suinocultura operando em ciclo completo, com 200 matrizes, a produção de dejeto chega a 4.146,3 m³ano -1, gerando uma produção média de 1.762,18 m³ de biogás, cerca de 0,025 m 3 dia -1 suíno -1. Este volume permitiria que o sistema gerador de energia elétrica funcionasse por um período de 6 horas diárias. BIOFERTILIZANTES Nos últimos anos, a utilização de adubos orgânicos, sólidos ou líquidos, na produção agrícola teve um crescimento acelerado no Brasil, em função dos seguintes aspectos: altos custos dos fertilizantes químicos, conservação dos recursos do meio ambiente, a prática de uma agricultura ecológica, melhoria da qualidade dos produtos colhidos, redução de contaminações do solo, água, planta, homem e todos os organismos vivos componentes dos agroecossistemas (Araújo et al., 2007; Alves et al., 2001). Após todo o processo de produção do biogás, é gerada a biomassa, que podemos denominar de biofertilizante. Esse biofertilizante poderá ser utilizado como adubo orgânico de várias formas, seja ele aplicado diretamente no solo, pleiteando a melhora dos nutrientes no solo, ou como adubo foliar. O biofertilizante é a designação dada ao efluente líquido obtido da fermentação metanogênica da matéria orgânica e água (Santos, 2001). Alves et al. (2001), o definem como resíduo final da fermentação de compostos orgânicos que contêm células vivas ou latentes de microrganismos (bactérias, leveduras, algas e fungos filamentosos) e seus metabólicos. Tais microrganismos auxiliam o cultivo de plantas, na absorção de nutrientes pelas suas interações na rizosfera, sejam quando aplicados em sementes ou solo (Mishra & Dadlich, 2010). Aceleram certos processos microbianos no solo, que aumentam o grau de disponibilidade de nutrientes, em uma forma facilmente assimilável pelas plantas, e também mobilizando elementos nutritivos da forma não-utilizáveis para a forma utilizável, por meio de processos biológicos (Tnau, 2008). 14

Os dejetos orgânicos são descartados no ambiente, podendo contaminar água e solo, uma vez que possuem alto teor energético e quantidades expressivas de macro e micronutrientes, e por oferecerem água, abrigo e temperatura a inúmeros micros e macrovetores de grande importância sanitária acabam sendo preferidos como nicho ecológico (Amaral et al., 2004). Neste contexto, a utilização de biofertilizantes, produzidos em biodigestores anaeróbios, pode ser uma alternativa interessante ao se reaproveitar dejetos orgânicos. Qualquer material, de origem orgânica, submetido a processos de biodigestão anaeróbia, produz biogás e biofertilizante (Vilella Jr. et al., 2003). Os biofertilizantes são fáceis de serem obtidos, em decorrência de que geralmente são compostos de excrementos de animais e encontrados sem dificuldade, podendo, esses produtos, serem produzidos pelo próprio agricultor, gerando economia com insumos importados e, ainda, promovendo melhorias no saneamento ambiental (Medeiros et al., 2007). A matéria orgânica, adicionada ao solo, promove modificações na fertilidade através de alterações, provocadas em suas propriedades químicas e físicas, como, densidade do solo, estado de agregação das partículas, aeração, capacidade de retenção de água e condutividade hidráulica e elétrica do solo (Nobile, 2006). As áreas degradadas são melhor recuperadas quando há a incorporação de matéria orgânica ao solo, pois melhora a estrutura e a retenção de umidade e fornece macro e micronutrientes (Santos & Rodella, 2007). De forma indireta, as propriedades físicas do solo podem ser melhoradas através de um efeito floculante, próprio da matéria orgânica, que melhora o movimento do ar, da água e dos nutrientes, o que permite incrementar o crescimento e a penetração de raízes no solo (Chaimsohn et al., 2007). A matéria orgânica, fornecida a partir de esterco animal e compostos orgânicos, além de melhorar características físicas e químicas do solo, tem sido utilizada a fim de reduzir a aplicação de adubos químicos (Galbiatti et al., 2007). A digestão anaeróbia utiliza carbono, hidrogênio e oxigênio da matéria prima. Enquanto isso, os nutrientes essenciais de plantas (nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K)) permanecem na biomassa dos biodigestores (Igboro, 2011). A disponibilidade de nutrientes é maior do que em digestores de lixo orgânico não tratado. Por exemplo, digestores apresentam disponibilidade 25% superior de nitrogênio inorgânico (N-NH 4 ) e um valor de ph mais elevado do que o estrume líquido não tratado (Monnet, 2003). A qualidade e composição do sólido proveniente da digestão dependem da matéria prima e 15

o do processo de digestão (Mata-Alvarez et al., 2003). Além do que, o material digerido é separado em duas frações: a fibra e o efluente líquido. A fibra, porção volumosa, possui um baixo nível de nutrientes para as plantas, portanto, pode ser usado como um fertilizante de baixa qualidade e como condicionador do solo, embora o tratamento posterior da fibra, tal como através da compostagem possa produzir um composto de boa qualidade. Já a fração do efluente líquido contém uma grande proporção de nutrientes e pode ser utilizado como adubo. O elevado teor de água deste efluente facilita a sua aplicação por meio de métodos convencionais de irrigação. Apesar do grande benefício dos digestores anaeróbicos para a melhoria da fertilidade do solo, e consequentemente para a produção agrícola, tem-se uma preocupação quanto a concentração de patógenos presentes neste material e a segurança que este método oferece aos usuários finais (Mata-Alvarez et al., 2003). Os agentes patogênicos tais como Salmonella spp., Escherichia coli, Shigella spp., Klebsiella spp., entre outros, podem contaminar a lama dos biodigestores. Algumas das bactérias são resistentes e não são destruídas durante o período de digestão. Alguns agentes patogênicos sobrevivem melhor em condição úmida e estes organismos podem ainda estar presentes neste material, mesmo após a digestão (Karki et al., 2005). A disponibilidade de biofertilizante líquido no mercado tem aumentado como uma das alternativas para a utilização de fertilizantes químicos e pesticidas, um de seus benefícios é a população de microrganismos benéficos presentes (Hasarin & Viyada, 2008). Técnicas ineficientes de gestão agrícola e uso indevido de agrotóxicos resultaram em piora da qualidade do solo e degradação ambiental (Setboonsarng & Gilman, 1999). Portanto, o objetivo da utilização de biofertilizante é fornecer benefícios socioeconômicos e ecológicos, entre os quais está a melhoria da qualidade do solo, que contribui imensamente para a qualidade e segurança alimentar, saúde humana e animal, bem como a qualidade do meio ambiente (Park et al., 2002). CONCLUSÃO Com a intensificação da produção animal e a crescente preocupação pelo meio ambiente, tanto por parte do consumidor como por parte do produtor, torna-se importante o desenvolvimento de novas tecnologias para se aumentar a sustentabilidade da cadeia de produção. 16

A biodigestão anaeróbia dos dejetos atende as atuais exigências dos consumidores, que exigem a produção de alimentos ambientalmente corretos, assim como aos produtores, em função de seus produtos (biogás e biofertilizante), oferecendo soluções quanto ao fornecimento de energia elétrica e correção do solo, diminuindo os custos. A eficiência do biodigestor em produzir biogás e biofertilizantes é dependente de vários fatores, como dito anteriormente, o que abre oportunidades de pesquisas na área de nutrição, manejo animal e de dejetos para estudar formas de melhorar a eficiência dos biodigestores. REFERÊNCIAS AL-MASRI, M.R. Changes in biogas production due to different ratios of some animal and agricultural wastes. Bioresource Technology, Oxford, v.77, n.1, p.97-100, 2001. ALMEIDA, R.G.; MEDEIROS, S.R. Emissão de gases de efeito estufa em sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta. In: CONGRESSO: SISTEMAS AGROFLORESTAIS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL: 10 ANOS DE PESQUISA, 10, 2013, Campo Grande. Anais...Campo Grande: EMBRAPA GADO DE CORTE, 2013. p.1-23. ALMEIDA, S. C. A.; FRANÇA, V. C.; JUNIOR, L. M. Estudo de viabilidade técnica, económica e ambiental de utilização de biodigestores em uma fazenda no Recreio dos Bandeirantes In: Congresso internacional de geração distribuída e energia no meio rural, 7, 2008, Fortaleza, CE. Anais Fortaleza, CE: AGRENER, 2008. ALVES, S. B.; MEDEIROS, M. B.; TAMAI, M. A.; LOPES, R. B. Trofobiose e microrganismos na proteção de plantas: biofertilizantes e entomopatógenos na citricultura orgânica. Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento, São Paulo, v. 21, n. 1, p. 16-21, 2001. AMARAL, C. M. C.; AMARAL, L. A.; LUCAS JUNIOR, J.; NASCIMENTO, A. A.; FERREIRA, D. S.; MACHADO, M. R. F. Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de retenção hidráulica. Ciência Rural, Santa Maria, v. 34, n. 6, p. 1897-1902, 2004. ANGONESE, A.R.; CAMPOS, A.T.; WELTER, R.A. Potencial de redução de emissão de carbono de uma unidade suinícola com biodigestor. Engenharia Agrícola,v.27, n.3, p.648-657, 2007. ARAÚJO, E. M.; OLIVEIRA, A. P.; CAVALCANTE, L. F.; PEREIRA, W. E.; BRITO, N. M.; NEVES, C. M. L.; SILVA, E. E. Produção do pimentão adubado com esterco bovino e biofertilizante. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 11, n. 5, p. 466-470, 2007. 17

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