Caracterização de Resíduos da Produção de Cerveja Artesanal com Potencial Aplicação para Biocombustíveis

Resumo

Os resíduos agroindustriais surgem como fonte viável da utilização de biomassa para produção de novos insumos e energia direta. Desta forma, avaliou-se a composição do bagaço da produção de cerveja artesanal, com e sem adição de adjuntos, a fim de explora-la como matéria-prima para processos de termoconversão e produção de outros insumos. A partir da análise imediata foi possível observar que a umidade variou de 70% a 80%, típico deste resíduo, teor de voláteis em torno de 80%, cinzas de 3%, e carbono fixo de 16% a 17%. As análises térmicas corroboram os resultados de análises imediatas e apontam duas perdas mássicas principais, referentes a carboidratos estruturais e lignina. Ainda foi avaliado o processo de pirólise de umas das biomassas, resultando em 60% de rendimento mássico.

Palavras chaves

Bagaço de cerveja; Biomassa; Biocombustíveis

Introdução

A utilização de biomassa para fins energéticos cresce à medida que se deseja diversificar as fontes de produção de energia em um cenário onde a utilização de recursos não renováveis agrava a poluição ambiental. (VIANA, 2015) As biomassas são materiais orgânicos, de origem animal ou vegetal, que podem compreender resíduos florestais, resíduos sólidos urbanos e resíduos agroindustriais. (ANEEL, 2005) Os resíduos agroindustriais ganham ainda mais atenção tendo em vista sua geração em grande quantidade e possibilidade de reutilização em outros processos por diversas formas de conversão sejam elas físicas, químicas, biológicas ou térmicas. (BISWAS et al. 2017) A exemplo, o setor cervejeiro produz para cada 100 L de cerveja 14 a 20 Kg de bagaço de malte, sendo resíduo considerável neste nicho industrial. (SANTOS et al. 2005; CORDEIRO, 2011) Com essa grande geração de resíduo rotas são criadas para dar destino a estes resíduos que apresentem custo benefício viável para o setor industrial. O bagaço de malte é destinado em grande maioria para alimentação animal, entretanto, outras alternativas vem sendo estudadas, como criação de novos produtos e geração de energia que beneficiem a produção de cerveja e o consequentemente o meio ambiente. (CORDEIRO, 2011; PEREIRA et al. 2014) O mercado cervejeiro representa 2,0% do PIB nacional, sendo de grande importância no cenário industrial brasileiro. (PINHEIRO, 2016) Promover o desenvolvimento de tecnologias e aprimoramento desse setor tem grandes efeitos na economia e no desenvolvimento sustentável do mesmo. Desta forma, o objetivo deste trabalho é caracterizar o bagaço de malte da produção de cerveja, a fim de destina-lo para produção de biocombustíveis e materiais.

Material e métodos

As cervejas foram produzidas em reatores de capacidade de 30 l, sendo uma utilizando 100% de malte pilsen, outra com 60% de malte pilsen e 40% de trigo sarraceno e uma terceira com 55% de malte pilsen e 45% de milheto. O trigo sarraceno e o milheto foram utilizados como adjuntos para avaliar sua interação na produção da cerveja e consequentes mudanças no bagaço. O bagaço foi retirado do processo de brassagem e armazenado em temperatura em torno de 3°C para conservação de suas propriedades. Análises imediatas (umidade, teor de voláteis, teor de cinzas e teor de carbono fixo) foram realizadas seguindo os procedimentos da Norma ABNT NBR 8112/86, com adaptações, tendo em vista que a norma diz respeito à análise de carvão vegetal. A análise de umidade foi realizada em estufa (marca Tecnal - modelo TE 394/1) à 105ºC. A análise de voláteis e cinzas foi realizada em mufla (marca Fornitec) à 700ºC e 900ºC, respectivamente, sendo realizadas em base seca. As biomassas também foram analisadas quanto ao seu teor de extrativos seguindo as diretivas TAPPI 204 om-88 (Solvent Extraction of Wood and Pulp), com adaptações. Ainda foi realizada análise do teor de lignina insolúvel foi adotado o procedimento laboratorial LAP #003, sendo utilizado as amostras livre de extrativos. O bagaço com 100% de malte pilsen, depois de seco, foi submetido a processo de pirólise em reator tubular com fluxo de N₂ e rampa de aquecimento de 20°C/min até 400°C permanecendo nesta temperatura por 1h. Análises térmicas de TG/DTG foram realizadas com os 3 bagaços a fim de avaliar sua decomposição frente a temperatura auxiliando na elucidação de sua composição. A análise foi realizada em equipamento de marca Shimadzu (Modelo DTG-60H) à 20°C/min até 800°C com ar sintético como gás de purga.

Resultado e discussão

Observa-se na Tabela 1 que resultado das análises imediatas realizadas para os bagaços de cerveja não é muito destoante. A análise de umidade apontou valores entre 70 e 80%, valores considerados normais para o bagaço de cerveja após a etapa de brassagem. Estes valores se assemelham aos encontrados para caracterização química do bagaço de malte realizada por Cordeiro (2011) onde evidenciou uma umidade igual a 75,45%. O teor de voláteis, cinzas e carbono fixo não sofreram variação significativa entre as 3 biomassas estudadas, sendo esses valores em torno de 80%, 3% e entre 16 a 17%, respectivamente. Para fins de comparação, no trabalho de Cordeiro (2011) o teor de voláteis é de 95,95%, de cinzas de 0,74% e carbono fixo de 3,31%. Cordeiro aponta que altos valores de materiais voláteis indicam que sofrem degradação térmica muito rápida com baixo rendimento para carbonização e que altos teores de carbono fixo indicam maiores tempos de residência da biomassa e reatores termoquímicos. O pré-tratamento adequado os bagaços de cerveja estudados podem ser aplicados em conversões termoquímicas. Os teores de extrativos e lignina se modificam entre as três biomassas. Estes resultados são esperados a medida que a adição de uma adjunto modifica a composição do bagaço. É evidente isso no teor de lignina para o bagaço com trigo sarraceno (sua casca mais rígida indica presença de componentes como a lignina em maior conteúdo). Observa-se nas curvas de DTG apresentadas na Figura 1 duas perdas mássicas importantes, a primeira em torno de 365ºC (carboidratos como amido e celulose) e a segunda em 560ºC (lignina). A pirólise do bagaço de pilsen obteve 60% de rendimento mássico indicando boas aplicações como material carbonáceo e possível aplicação em catálise (biochar).

Figura 1. Curvas de DTG para os bagaços de cerveja.

Curva vermelha (100% pilsen), curva azul (pilsen + milheto) e curva preta (pilsen + trigo sarraceno).

Tabela 1. Valores de análise imediata, extratíveis e lignina insolúvel

A análise do teor de voláteis, teor de cinzas e do tero de carbono fixo foram calculadas em base seca.

Conclusões

O estudo de resíduos agroindustriais é de extrema importancia para o meio ambiente e para a sustentação enconômica das industrais. As cervejarias podem aos poucos implementar a reutilização de seus residuos sólidos uma vez que sua composição pode validar vários processos de conversão energética.

Agradecimentos

Agradecemos aos seguintes órgãos MCT/CNPq, FINEP-CTPetro/ CTInfra, FINATEC, FAP-DF, CNPq pelo auxílio financeiro e UnB-IQ.

Referências

ANEEL. Biomassa. Atlas de energia elétrica no Brasil. v. 2020, p. 77–92, 2005.

BISWAS, B. et al. Pyrolysis of agricultural biomass residues: Comparative study of corn cob, wheat straw, rice straw and rice husk. Bioresource Technology, v. 237, p. 57–63, 2017.
CORDEIRO, L. G. Caracterização e viabilidade econômica do bagaço de malte oriundo de cervejarias para fins energéticos. Universidade Federal da Paraíba, 2011.

NBR 8112/86. (1986) Carvão Vegetal - Análise Imediata. São Paulo , Brasil: Associação Brasileira de Normas Técnicnas.

PEREIRA, A. G.; SANTOS, D. M. Caracterização química do bagaço de cevada como matéria-prima em compósitos de amido. 54o Congresso Brasileiro de Química, 2014

PINHEIRO, L. G. S. Caracterização e Processamento de Cevada Cultivada no Cerrado Brasileiro. Universidade de Brasília, 2016.
SANTOS, M. S.; RIBEIRO, F. M. Cervejas e Refrigerantes. São Paulo, CETESB, 2005.

TAPPI - T 204 om-88 - Solvent Extratives of Wood and Pulp . Atlanta, GA: TAPPI - Technical Associtaion of the Pulp and Paper Industry.

Templeton, D., & Ehrman, T. (1995). Determination of Acid-Insoluble Lignin in Biomass - LAP-003. National Renewable Energy Laboratory - NREL.

VIANA, N. A. Aproveitamento Energético de Biomassas Residuais Florestais do Cerrado para Produção de Gás de Síntese por Meio de Processo de Gaseificação. Universidade de Brasília, 2015.