Com o avanço da tecnologia dos biorreatores, surgiu a possibilidade de produzir biogas com novas fontes de biomassa e substratos, inclusive a de resíduos lignocelulósicos. O biogás é uma alternativa sustentável para a geração de energia e redução de um passivo ambiental.

Criado a partir da geração de resíduos orgânicos e sólidos, ele pode ser transformado em energia elétrica, térmica, mecânica e convertido em biometano, para o abastecimento de veículos. A transformação desses resíduos em biogás acontece por meio de um biodigestor, tecnologia capaz de decompor e produzir essa mistura de gases, em sua maioria composta de metano.

Os Gases de Efeito Estufa (GEE) são muito prejudiciais a saúde do planeta e dos seres humanos devido a alta emissão de dióxido de carbono.  Esse composto é emitido devido a queima de combustíveis fósseis, desmatamento, queimadas e lavagem de polpa de celulose e papel.

Estima-se que o consumo energético, aumentará mais de 50% até 2050 em sua maioria em países em desenvolvimento. (FAO – 2009). Outro dado que devemos considerar é a geração de resíduos que pode aumentar em até 70% até o ano de 2050 também, o dado publicado pela World Bank em 2018, apenas afirma que a energia sustentável deve se estabelecer cada vez mais nos meios urbanos e rurais reduzindo todos esses impactos ambientais. 

biogás até 2050

Consumo energético e geração de resíduos aumentam consideravelmente até 2050

Biogás no cenário Brasileiro

O  Brasil tem um enorme potencial a ser explorado, de acordo com a Abiogás, é o país com o maior potencial de produção de biogás do planeta, cerca de 84,6 bilhões de metros cúbicos /ano. 

A matriz energética do Brasil é muito rica, e entre 2017 e 2018 teve aumento de 6,7% em apenas 1 ano. A matriz elétrica não fica para trás, uma vez que obteve um aumento de 211% em 10 anos.

A evolução na geração de energia e tratamento de resíduos vem se destacando cada vez mais, e as plantas com geração de energia elétrica continua sendo a aplicação mais representativa no cenário nacional com 84% das plantas, consumindo 86% do volume de biogás produzido. Esse aumento, representa uma qualidade econômica para os centros urbanos e para os que vivem no meio rural, uma vez que o biogás vem como um solução para os dois polos.

A Agropecuária tem destaque nesses números, com 80% de plantas em atividade, porém, a maior quantidade de biogás produzido vem através da boa gestão de resíduos urbanos (aterros sanitários e esgotos), esses que contabilizam cerca de 76% do volume de biogás. 

Quer acessar mais dados como esses? Então confira o BiogásMap, ferramenta que possibilita a consulta de plantas de biogás em todo o Brasil. 

biogás e resíduos lignocelulósicos

Geração de energia elétrica é destaque nas plantas brasileiras

Com isso, vemos que a gestão de resíduos incluí as mais variadas biomassas, e portanto, é capaz de mitigar esses poluentes e ainda fomentar o desenvolvimento econômico. Porém, para entendermos melhor esse processo, é importante compreender os tipos de biomassa e quais são os resíduos que as englobam, podendo assim, definir a boa digestão para a produção de biogás em todo o Brasil.

Biogás e resíduos lignocelulósicos: Biomassa de 1° geração

O biogás para poder ser usado de forma efetiva, precisa passar pela digestão anaeróbia, processo que ocorre dentro do biodigestor. Porém, para entender esse processo, é preciso, primeiro, compreender as propriedades das biomassas que serão utilizadas para obter a máxima de eficiência de produção do biogás. Por isso há uma classificação que diferencia esse proveito da alternativa. 

O Brasil tem um potencial muito positivo para a produção do biogás a partir dos dejetos de animais, ou seja, biomassa de 1° geração, os primeiros resíduos que foram usados para a produção do biogás e que continuam sendo as principais fonte de biomassa. 

Isso acontece porque existem algumas características que favorecem essa digestão como: 

  • Elevada umidade 
  • Elevada biodegradabilidade (carboidratos, ácidos orgânicos e proteína) 
  • Adequada dimensão da partícula

Biogás e resíduos lignocelulósicos: Biomassa de 2° geração

Com o desenvolvimento da tecnologia voltada para o crescimento do biogás, foi possível identificar novos substratos além dos derivados da agropecuária para análise e geração de energia sustentável. Esses substratos em sua maioria de base seca, possuem uma grande quantidade de ligninocelulose.

Nesses casos, a transformação da matéria orgânica em um gás o processo se torna um pouco mais trabalhoso, uma vez que esses substratos possuem partículas maiores. Por isso,  é necessário ajustar o processo de degradação da matéria. Nesse contexto, podemos destacar a grande quantidade de lignina nos compostos, capaz de ser transformada em biogás.

Biogás e resíduos lignocelulósicos: Os substratos

  • Palhadas e gramíneas; 
  • Maiores dimensões de partícula; 
  • Baixa umidade; 
  • Baixo teor de nitrogênio; 
  • Baixo teor de carboidratos simples;
  • Elevado teor de lignocelulose; 
  • Hidrólise limitada.

Biogás e resíduos lignocelulósicos: O pré-tratamento 

Sabendo dessas características que podem parecer não favoráveis ao aumento da produção de biogás e metano, como acontece o pré-tratamento desses resíduos? 

O pré-tratamento visa aumentar o volume de produção de biogás e também a taxa de degradação. Neste cenário, é possível reduzir o dimensionamento de reatores, e mesmo assim, obter os resultados esperados. 

biogás e resíduos lignocelulósicos

Esquema mostra o processo do pré-tratamento de resíduos lignocelusósicos

  • Substrato sem pré tratamento: Na metade do processo, é possível obter o dobro de volume de biogás, e por isso, é possível investir em reatores menores.
  • Aumento na taxa de degradação: Representa um pico nos efeitos do pré-tratamento, mas que ao fim do processo se estabiliza. 
  • Aumento no volume de metano: Na curva, é possível destacar que a taxa de degradação não é alterada, mas a taxa de volume de metano tem um ajuste.  Nesses casos é possível obter um aumento de 50% do volume, comparado com os substratos em pré-tratamento, uma vez que o pré-tratamento consegue alterar essa composição química e permitir a maior acessibilidade da celulose às bactérias. 

 

O Dr. Thiago Edwiges, professor adjunto da UTFPR, conta sobre o pré-tratamento para a produção de biogás:

“A incorporação de substratos lignocelulósicos pode incrementar o teor de sólidos em reatores sub-alimentados em forma de co-digestão, melhorando a produtividade do reator e aproveitando os nutrientes provenientes dos substratos já utilizados.” 

Para a boa eficácia desses substratos como biogás, há uma subdivisão entre os pré tratamentos, onde cada uma exerce uma condição específica e essencial para o tratamento desses resíduos e preservação desses vegetais na natureza: 

  • Físico;
  • Químico; 
  • Biológicos; 
  • Combinados. 

Porém, ainda é preciso selecionar o melhor pré-tratamento para a produção do biogás, uma vez que existem diversas alternativas para serem estudadas.

Portanto, é necessário que o substrato e a planta de biogás sejam analisadas para que haja um alinhamento na produção,  a dimensão da partícula; teor de umidade; teor de lignina; ph do reator e uso do digestor influenciam diretamente nesse processo, uma vez que é necessário que as bactérias tenham um bom acesso à essa matéria orgânica.  

Tipo de pré-tratamento físico e químico. 

Mecânico: 

  • Alteração a estrutura física do substrato; 
  • Aumento a superfície de contato 
  • Aumenta a velocidade de degradação do substrato
  • Melhora a viscosidade nos reatores

Pré-tratamento combinado/alternativo

  • Físico-químico: adição de uma solução química como catalisador ao processo físico (irradiação);
  • Termo-químico: efeito temperatura com a ação catalítica da solução química. 
  • Co-armazenamento: prevê o armazenamento entre o substrato lignocelulósico e um residuos ácido/alcalino antes da etapa de digestão aeróbia.

Ainda há outros tipos de tratamentos químicos, biológicos, combinados e alternativos, como citamos acima.  Felipe Marques, Diretor de Desenvolvimento Tecnológico do CIBIogás comentou sobre a importância do pré-tratamento:

“Queremos tirar o máximo de biogás dos substratos que estão disponíveis , e para isso o pré-tratamento é necessário para garantir a produção a de metano no reator de forma adequada e a qualidade do biogás atenda as necessidades.”

Existem muitas tecnologias de pré-tratamento com especificidades para a produção de biomassa, por isso, é importante destacar o cuidado com as análises de resíduos que serão feitas para esse tipo de produção, uma vez que um desajuste, pode causar um grande prejuízo no volume de biogás e rendimento de metano.

Objetivo do pré-tratamento

Entender o objetivo do pré-tratamento é essencial para saber qual será o que irá gerar o maior rendimento de metano, com o menor tempo, custo, e menor área de implantação e com a menor geração de inibidores para o processo de biodigestão, permitindo através do biogás e dos resíduos lignocelulósicos, uma geração de energia completamente sustentável. 

O webinário: Do pré ao pós tratamento, pesquisas para o avanço do biogás iniciou dia 01 de julho de 2020 para celebrar o lançamento da 2° turma do curso de Especialização em Tecnologias da Cadeia Produtiva do Biogás, curso desenvolvido pelo CIBiogás em parceria com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). A especialização visa a expansão das fronteiras de pesquisa e projetos para o setor do biogás, permitindo a capacitação de profissionais já envolvidos ou interessados no ramo.

No primeiro webinário, o Dr. Thiago Edwiges, professor adjunto da UTFPR, iniciou o evento com o tema: Pré- tratamento de resíduos lignocelulósicos para produção de biogás. Thiago comentou sobre a importância da especialização para o setor:

“O curso de Especialização permitirá aos alunos identificar fontes potenciais de substratos, interpretar resultados de composição química e tomar decisões quanto às melhores condições de alimentação e operação de diferentes configurações de plantas de biogás.