DESENVOLVIMENTO DE REATORES ANAERÓBIOS PARA DETERMINAÇÃO DE POTENCIAL METANOGÊNICO

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Gonçalves, M.X. (IFG CAMPUS GOIÂNIA) ; Zang, J.W. (IFG CAMPUS GOIÂNIA)

Resumo

O presente trabalho apresenta um método alternativo de determinação do potencial de geração de biometano. O sistema consiste em um reator anaeróbio termostatizado a 40 °C, acoplado a um sistema de purificação e de medição de volume normalizado de biometano. Os experimentos mostram que o sistema apresenta eficiência na produção e no tratamento do biogás. O desdobramento da pesquisa inclui a expansão da infraestrutura laboratorial, sua utilização em outros projetos e na formação de recursos humanos na área. O método mostra-se em condições de uso alternativo ao atual aparelho de determinação de potencial biometanogênico denominado AMPTS II (Automated Methane Potential Test System) da marca BioProcess Control, amplamente utilizado para este fim.

Palavras chaves

Digestão anaeróbia; Biorreator ; Biometano

Introdução

Segundo FNR (2010), o biogás tem origem em um processo biológico. A matéria orgânica, quando decomposta em meio anaeróbio (ausência de oxigênio), origina uma mistura gasosa chamada de biogás. Por meio de diversos microrganismos, a matéria orgânica é convertida em biogás, composto principalmente por metano, dióxido de carbono, vapor de água, e traços de sulfeto de hidrogênio e amônia. A sua composição é influenciada principalmente pelos substratos utilizados, pela técnica de fermentação e pelas diferentes tecnologias de construção de usinas. (FACHAGENTUR NACHWACHSENDE ROHSTOFFE E.V., 2010, p. 20) Vale salientar que as condições do meio também influenciam tanto a composição quanto a atividade da biocenose microbiana, ou seja, elas têm influência direta nos produtos metabólicos originados. Daí a importância de se monitorar pH, temperatura, disponibilidade de nutrientes, oxigênio e outros fatores relacionados ao processo. (KALTSCHMITT, 2001) Este presente projeto de pesquisa, teve como objetivo desenvolver conhecimentos junto a estudantes sobre o potencial e processo de produção de biogás, bem como controlar os parâmetros, os quais influenciam o processo; expandir a infraestrutura analítica de apoio a pesquisa de biogás, difundir a formação na área e apoiar projetos nacionais e internacionais pela equipe de professores da área. O método tem o potencial de substituir o aparelho importado AMPTS II com custos altos de manutenção e poderia ser disseminado em outras campus da instituição e outras instituições de pesquisa.

Material e métodos

A pesquisa foi realizada no Laboratório de Química do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás – Campus Goiânia. Foi desenvolvido um reator do tipo batelada para realizar testes de produção de biogás e biometano. Seguiram-se as normas alemãs do VDI (2006) e as recomendações da FNR (2010). Inicialmente os protótipos foram desenhados com o software AutoCAD da Autodesk e depois montados em laboratório. Os reatores foram testados com diferentes amostras de inóculos de biorreatores tipo UASB para tratamento de efluentes industriais. Os biodigestores foram alimentados com um padrão de referência para substratos de biogás, denominado “Celulose Microcristalina”. É importante salientar que todos os reatores foram mantidos sob as mesmas condições, sendo monitorados os seguintes parâmetros de controle do processo: Temperatura (°C); Potencial Hidrogeniônico pH; Massa seca (g/g ou % m/m); Massa seca orgânica MSO (g/g ou % m/m); Ácidos graxos voláteis FOS; Capacidade de buffer TAC e Potencial de geração de biogás ou biometano relacionada com a massa seca orgânica (NmL/gMSO), seguindo-se as metodologias propostas por LEITE et al. (2015) e FNR (2010).

Resultado e discussão

O sistema montado, permite medir o volume de biometano gerado através de uma bureta invertida preenchida com água (figuras 1 e 2). Dessa forma, o volume de gás produzido pode ser identificado através do deslocamento da água no interior da bureta (figura 3). O biogás gerado é então purificado, por transferência do gás, borbulhando-o através de soluções de cloreto férrico para remoção de enxofre e solução de hidróxido de sódio para remoção do dióxido de carbono. Em paralelo a cada leitura do volume, foi determinada também, a pressão atmosférica e a temperatura ambiente para a correção do volume normalizado de gás, segundo Liebetrau et al. (2015) e LFL (2017) (figura 4). Dessa forma, este sistema apresenta grande potencial de utilização como método alternativo ao AMPTS II (figura 5), considerando-se a simplicidade da técnica, baixos custos de operação e produção, e eficiência na produção, determinação e purificação de biogás.

Conclusões

O sistema desenvolvido mostrou-se bastante eficiente no que tange a determinação de potencial metanogênico e os experimentos serão continuados em maior número e utilizado como recurso analítico para outros projetos relacionados ao biogás. Vale ressaltar ainda, que este trabalho é uma extensão ao projeto de iniciação científica da modalidade PIBIC intitulado como Preparação Testes e Condicionamento de Diferentes Inóculos para Experimentos Laboratoriais para Determinação de Potencial Metanogênico.

Agradecimentos

Ao IFG Campus Goiânia, ao CNPq pelo financiamento, ao orientador Joachim Werner Zang e aos colaboradores Kassio Barros, Suzel de Almeida e Laryssa Xavier Ferreira.

Referências

FACHAGENTUR NACHWACHSENDE ROHSTOFFE e V. (FNR): Guia Prático do Biogás Geração e Utilização. 5a ed., Gülzow, Alemanha, 2010.
LEITE, A.F., JANKE, L., HARMS, H., ZANG, J.W., FONSECA-ZANG, W.A., STINNER, W., NIKOLAUSZ, M., (2015): Assessment of the variations in characteristics and methane potential of major waste products from the Brazilian bioethanol industry along an operating season. Energy Fuels 29 (7), 4022 – 4029. Disponível em: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ef502807s
LIEBETRAU, J., PFEIFFER, D., THRÄN, Messmethodensammlung Biogas (Métodos analíticos para biogás). DBFZ, Leipzig, Alemanha, 2015.
LFL. Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft. Biogasanlagen: Umrechnung Von gemessenen Gasvolumina auf Normbedingungen. (Usinas de biogás: Transformação de volumes de gás medido para condições normais). 2017. Disponível em: http://www.lfl.bayern.de/iba/energie/049691/index.php?fontsize=1
VDI. VDI 4630, VDLUFA-Verbandsmethode 4.1: Determinação da produção de biogás e metano em testes de fermentação. 2006.