Processo busca oferecer utilidade ecologicamente correta a resíduo resultante da produção de etanol
Vinhaça: resíduo do processamento da cana para a produção do etanol
Na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, pesquisa do engenheiro Djalma Ferraz utilizou a vinhaça — resíduo oriundo do processamento da cana-de-açúcar para a produção do etanol — como matéria-prima na produção de hidrogênio e metano em sistemas de digestão anaeróbia a 55ºC. O trabalho orientado pelo professor Marcelo Zaiat, da EESC, avaliou a eficiência energética do método, que busca oferecer uma utilidade ecologicamente correta ao resíduo.
Segundo Ferraz, a iniciativa de pesquisar o assunto surgiu durante o mestrado, concluído na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), onde ele já trabalhava com reatores biológicos aplicados ao tratamento de efluentes industriais. “A vinhaça possui potencial para produção biológica de hidrogênio e metano devido à sua alta concentração de matéria orgânica e conteúdo nutricional, favorável ao crescimento microbiano”, explica.
A pesquisa foi divida em três etapas: na primeira e na segunda foram avaliadas condições ótimas de operação do reator acidogênico, a fim de conseguir valores máximos de produção de hidrogênio. Na terceira foram avaliadas a produção de metano em um sistema único e a produção simultânea de hidrogênio e metano no sistema combinado, a fim de comparar as tecnologias.
Etapas da digestão anaeróbia
Basicamente, esse tipo de digestão ocorre em quatro etapas: Hidrólise (transformação de moléculas orgânicas complexas em simples), Acidogênese (continuação de quebra em moléculas menores ocorrendo formação de ácidos graxos voláteis — acético, propiônico, butírico, valérico), Acetogênese (moléculas da fase anterior são convertidas em dióxido de carbono, hidrogênio e ácido acético) e a Metanogênese (conversão do hidrogênio e ácido acético emmetano, dióxido de carbono e água).
Basicamente, esse tipo de digestão ocorre em quatro etapas: Hidrólise (transformação de moléculas orgânicas complexas em simples), Acidogênese (continuação de quebra em moléculas menores ocorrendo formação de ácidos graxos voláteis — acético, propiônico, butírico, valérico), Acetogênese (moléculas da fase anterior são convertidas em dióxido de carbono, hidrogênio e ácido acético) e a Metanogênese (conversão do hidrogênio e ácido acético emmetano, dióxido de carbono e água).
O tratamento anaeróbio pode ocorrer em sistema único, tendo o biogás enriquecido em metano como produto gasoso, ou seja, todo hidrogênio produzido vai para o enriquecimento do metano; ou em sistema combinado, com duas fases, uma acidogênica seguida por uma metanogênica. Nesse caso, o biogás gerado na primeira fase é rico em hidrogênio e o gerado na segunda, em metano. “O sistema combinado representa apenas uma separação física dos microrganismos acidogênicos e metanogênicos”, lembra Ferraz.
A partir dos resultados desses dois sistemas, o pesquisador concluiu que o sistema combinado consegue uma recuperação de energia de 25,7% maior do que o sistema único. “Observamos uma maior degradabilidade da vinhaça no sistema combinado, o que permitiu uma extração maior de energia”, afirma o engenheiro.
Atualmente a vinhaça é disposta no solo, na própria cultura da cana, e tem o objetivo de “devolver” principalmente o potássio ao solo. Além disso, a substância tem nitrogênio e fósforo, o que a torna um bom fertilizante composto, ainda que não nas proporções ideais. O problema, entretanto, está no grande volume: para cada litro de etanol produzido são gerados de 12 a 15 de resíduos.
Além da disposição no solo, outros métodos são utilizados para destinação da vinhaça: a incineração do efluente concentrado, o tratamento físico-químico e o tratamento biológico (anaeróbio e/ou aeróbio). Contudo, os dois primeiros métodos promovem a transferência da poluição do meio líquido para os meios atmosférico e sólido, além de serem muito dispendiosos e não permitirem a recuperação de materiais e energia.
O tratamento anaeróbio apresenta vantagens sobre o aeróbio por integrar menores custos operacionais, economia com aeração e baixa produção de lodo, além de possibilitar a obtenção de subprodutos de valor comercial (ácido acético, butírico, propiônico) e a recuperação de energia na forma de biogás (hidrogênio e metano).
Todos os experimentos foram feitos no Laboratório de Processos Biológicos do Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC. O estudo realizado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica e Saneamento da EESC está descrito na tese de doutoradoDesempenho da Digestão Anaeróbia da Vinhaça da Cana-de-açúcar em Condição Termofílica – Sistema Único vs. Sistema Combinado.
Matéria de Nathália Nicola, da EESC / Agência USP de Notícias, publicada pelo EcoDebate, 18/07/2013
