Revista Biomassa Ed. 52

Vol. 06 - Nยบ 52 - Nov/Dez 2020

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ISSN-2525-7129

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Utilização da técnica de liquefação visando o adensamento de biomassas

12 Viabilidade técnica da utilização de glicerina como mono-substrato para digestão anaeróbia

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A produção e o uso de biogás para desenvolvimento das regiões metropolitanas

28 Aproveitamento bioenergético de resíduo vegetais em cerâmicas

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A Revista Brasileira de Biomassa e Energia é uma publicação do OS ARTIGOS E MATÉRIAS ASSINADOS POR COLUNISTAS E OU COLABORADORES, NÃO CORRESPONDEM A OPINIÃO DA REVISTA BIOMASSABR, SENDO DE INTEIRA RESPONSABILIDADE DO AUTOR.

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Artigo

UTILIZAÇÃO DA TÉCNICA DE LIQUEFAÇÃO VISANDO O ADENSAMENTO DE BIOMASSAS Larissa Oliveira Rodrigues1; Nicole Silva Gomes2; Brenno Santos Leite3; Sibele Augusta Ferreira Leite4

RESUMO A utilização da biomassa como matéria-prima para a produção de produtos químicos denominados “bioprodutos”, passíveis de substituir os diversos derivados sintéticos na produção de biomateriais ou biocombustíveis, com menor impacto ambiental, tem-se tornando cada vez mais importante. Neste contexto, a liquefação surge como um processo de transformação da matéria orgânica em um composto em potencial, denominado poliol. O presente trabalho investigou o processo de adensamento de carga orgânica de três resíduos lignocelulósicos (casca de mandioca, bagaço de limão e casca de arroz), mediante o uso da tecnologia de liquefação a temperaturas moderadas (100, 150 e 200ºC) e em três intervalos de tempo (30, 60 e 90 minutos). Os polióis foram sintetizados a partir da liquefação de biomassa, nas condições 2:1 entre solvente (glicerol) e biomassa e 7% m/m de ácido sulfúrico concentrado (agente catalisador). Os valores de rendimentos do bagaço de limão foram superiores a 80% m/m, em condições moderadas de temperatura. A casca de mandioca atingiu valores superiores a 77% m/m nas corridas experimentais a 100 ºC e nos três intervalos de tempo e a casca de arroz obteve valores superiores a 53% m/m a 150ºC e 60 minutos. De acordo com a caracterização, observou-se que o bagaço de limão, que possui maior teor de carbono fixo, e a casca de mandioca, maior teor de sólidos voláteis e menores de lignina, obtiveram os maiores rendimentos. A casca de arroz obteve menores valores de rendimento devido a quantidade de cinzas e lignina. Sendo assim, as biomassas em estudo possuem potencial para a produção do poliol.

PALAVRAS-CHAVE: Valorização; Poliol; Bioprodutos; Lignocelulose.

Introdução O Brasil possui condições naturais favoráveis à produção de produtos agrícolas e concomitantes resíduos lignocelulósicos. Estes resíduos oriundos da produção agrícola são constantemente investigados, visto ao seu potencial para produção de novos materiais e energia (SOUZA et al., 2010; RAMBO; SCHMIDT; FERREIRA, 2015; ACHARYA; BLANCO-CANQUI, 2018). ¹Estudante de graduação no curso de Engenharia de Alimentos, UFV – Campus Florestal, larissa.o.rodrigues@ ufv.br; ²Estudante de graduação no curso de Tecnologia em Gestão Ambiental, UFV – Campus Florestal; ³Docente curso de Química Licenciatura, UFV – Campus Florestal, Florestal, MG; 4Docente curso de Tecnologia em Gestão Ambiental, UFV – Campus Florestal, Florestal, MG.

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O beneficiamento está condicionado diretamente à geração de produtos e, consequentemente a geração de resíduos. Porém, grandes desafios estão atrelados ao aproveitamento destes resíduos, tais como: logística; custo de beneficiamento; degradabilidade. Para tal fim, diversos estudos investigam as diferentes formas de aproveitamento destes resíduos, visto que, muitas vezes impactam o meio ambiente.

Estudos sobre o uso da biorrefinaria para a valorização deste recurso tem-se tornado cada vez mais importante (CHERUBINI, 2010; RAMBO, SCHMIDT AND FERREIRA, 2015; YANG, (SOPHIA) HE AND YANG, 2019). Exemplo disso é a utilização da biomassa como matéria-prima para a produção de produtos químicos denominados “bioprodutos”, passíveis de substituir os diversos derivados

sintéticos (tais como de petróleo) na produção de biomateriais ou biocombustíveis, com menor impacto ambiental.

Dentre estes produtos destacam-se a produção de limão, mandioca e arroz e os respectivos resíduos: bagaço de limão, casca de mandioca e casca de arroz. Estes resíduos lignocelulósicos possuem alto conteúdo orgânico, sendo compostos principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. Por serem biomassas consideras abundantes e versáteis, sua utilização para a produção de produtos químicos de valor agregado é muito atraente (CAO et al., 2016; LEITE et al., 2018a).

Portanto, para tornar estes resíduos mais atraentes, diversas metodologias estão sendo investigadas para aumentar adensamento de carga orgânica, desta forma, reduzindo os

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custos operacionais (CHERUBINI, 2010; CELIKBAG et al., 2014; RAMBO; SCHMIDT; FERREIRA, 2015; CHEN; LONG, 2016; ACHARYA; BLANCO-CANQUI, 2018; LEITE et al., 2018a, 2018b).

Estas técnicas utilizam-se de tratamentos termoquímicos (liquefação, gaseificação, pirólise, hidrólise, solvólise, hidrogenação, desoxigenação, esterificação, entre outros), que apresentam resultados satisfatórios na conversão de biomassa em “bioprodutos”. Permitindo a deslignificação das cadeias poliméricas e a disponibilização das moléculas poliméricas. Dentre as técnicas utilizadas, destaca-se a liquefação.

A liquefação é um processo termoquímico no qual a biomassa sólida é convertida em produtos liquefeitos por meio de uma sequência de transformação físico e químicas, resultando em moléculas pequenas. Ocorre a pressões (1- 200 atm) e temperaturas variadas (125-400 ºC). Sendo eficiente na degradação de compostos orgânicos e produção de produtos líquidos que são extraídos por meio de solventes orgânicos (CELIKBAG et al., 2014; YE et al., 2014; DIMITRIADIS; BEZERGIANNI, 2017).

Diante das características citadas, o presente trabalho investigou o processo de adensamento de carga orgânica de três resíduos lignocelulósicos (casca de mandioca, bagaço de limão e casca de arroz), mediante o uso da tecnologia de liquefação a temperaturas moderadas (100, 150 e 200 ºC) e em três intervalos de tempo (30, 60 e 90 minutos). A eficiência do adensamento foi avaliada a partir da determinação do rendimento liquefação, mediante a quantificação do biopoliol obtido.

Metodologia A.Local do trabalho Todas as análises e experimentos foram realizadas na UFV - campus Florestal. As amostras de bagaço de limão, casca de mandioca e casca de arroz foram coletadas na região de Florestal – Minas Gerais.

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liquefação da matéria sólida, isto é, a eficiência do adensamento de carga orgânica.

D.Caracterização dos biopoliois A caracterização baseou-se na determinação do acréscimo de viscosidade e massa específica devido à incorporação das frações lignocelulósicas oriunda das amostras de biomassa ao glicerol utilizado como solvente no processo de liquefação.

Resultados e Discussões A composição química da biomassa (Tabela 2) é uma informação de grande importância para o processo de liquefação, indicando como os parâmetros influenciam no processo.

Analisando os resultados do teor de sólidos voláteis obtidos, pode-se afirmar que a casca de mandioca e a casca de arroz apresentam altos valores de material volátil. No entanto, o bagaço de limão apresentou baixos valores de B.- Análise Imediata material volátil. Ressalta-se que os sóEstá etapa foi composta por seis lidos voláteis contribuem muito para o adensamento visto que, estes comtipos de análises (Tabela 1). ponentes apresentam cadeias curtas e com ponto de ebulição relativamente C.Liquefação moderados (> 120 ºC), que liquefaO processo de liquefação con- zem quando submetidos ao aquecisistiu na reação entre as biomassas, mento (LEITE, et. al, 2018). solvente e agente catalítico (LEE et al., 2016). As corridas experimentais foram realizadas utilizado a razão solvente/biomassa de 2:1, sendo empregado o glicerol como solvente, e 7 % m/m de ácido sulfúrico concentrado (agente catalisador). O processo foi conduzido em um bloco digestor, em duplicata para todas as condições aplicadas. Para determinação da eficiência do processo (adensamento da matéria orgânica), o produto obtido (biopoliol) foi filtrado para separação do resíduo e lavado com etanol 90 %.

Em seguida, a fração líquida obtida foi seca em uma estufa operando a 105 ± Ainda avaliando os resultados 1 °C durante 24 horas, e o sólido resultante foi utilizado para o cálculo do apresentados pode-se afirmar que o bagaço de limão apresenta elevado rendimento (Equação 1). teor de sólidos fixos. Estes componentes tendem a possuir cadeira carbônicas extensas e representam a fração de celulose presente da estrutura das A partir do rendimento do pro- biomassas. Ressalta-se que, o adensacesso pode-se avaliar a eficiência na mento energético consiste na elevação

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da quantidade de carbono vinculado ao bioproduto e consequentemente, elevação do poder calorífico do produto. Estes perfis de produtos são de grande interesse, visto o uso para a produção de energia por combustão direta ou por cogeração (PAULA et al., 2011; GARCÍA et al., 2012).

O rendimento é uma medida muito importante para avaliação do processo de liquefação. Estudos mostram que normalmente o rendimento do produto da liquefação pode proporcionar um adensamento de matéria orgânica variando entre 10 a 60 % em peso. Em alguns casos, os rendimentos do processo podem ultrapassar 80% em peso, deste modo proporcionando um excelente resultado no adensamento (CELIKBAG et al., 2014). Os rendimentos e desvios padrões do processo de liquefação para as três biomassas investigadas são apresentados nas Tabelas 3,4 e 5.

térmico químico, pode-se afirmar que de carga orgânica. os resultados foram excelentes, visto que, estes resultados foram obtidos nas condições mais brandas.

Quando avaliado os resultados obtidos para a casca de arroz (Tabela 5), pode-se afirmar que, o adensamento foi atingido, considerando que, foi obtido valores superiores a 53 % m/m a 150ºC e 30 minutos de tratamento. Este resultado, deve-se as características da biomassa de casca de arroz, sua estrutura baixa quantidade de carbonos voláteis.

Com base nos resultados apresentados foi possível afirmar que a diferença de rendimentos foi influenciada pela composição química das matérias, sendo que, o adensamento do bagaço de limão e a casca de mandioca apresentaram melhores resultados quando comparado a casca de arroz. É importante enfatizar que, embora a casca de mandioca e o bagaço de limão Avaliando os resultados obtidos apresentem altos teores de sólidos vonas corridas experimentais do baga- láteis, a quantidade de cinzas e lignina ço de limão (Tabela 3), foi observado pode ter reduzido o rendimento. Porque nas condições moderadas (150 tanto, mais testes são necessários para ºC) obteve valores de rendimentos su- a confirmação desta característica. periores a 80 % m/m. Os tempos e as Considerando que, o teor de cintemperaturas utilizadas proporcionaram uma excelente eficiência no aden- zas representa os compostos inorgânicos que não foi solubilizado na lisamento. quefação. A presença desses sais pode causar afetar o processo de liquefação devido à formação de complexos inorgânicos (BRIONES et al., 2011).

Ainda, avaliando a composição de resíduos lignocelulósicos, tem-se que a lignina é um composto complexo com diversos grupos funcionais que durante a liquefação, podem afetar o Quando avaliado o rendimento processo concorrendo com o ataque da liquefação da casca de mandioca do solvente (DEMIRBAŞ, 2000).

(Tabela 4), observou-se que o proNa Tabela 6, pode-se observar cesso de adensamento atingiu valores superiores a 77 % m/m nas corridas que o aumento da massa específica e experimentais a 100 ºC e nos três in- da viscosidade da biomassa, comparatervalos de tempo. Considerando as do ao solvente puro (glicerol bruto), é condições utilizadas no tratamento uma das evidências do adensamento

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Conclusão As biomassas analisadas são adequadas para produção de “bioprodutos”. A partir dos resultados apresentados, observou-se que a composição da biomassa lignocelulósica influencia no rendimento do processo de adensamento e as características dos produtos gerados. Portanto, o poliol é um produto viável tanto no âmbito ambiental, pela valorização dos resíduos lignocelulósicos, quanto no âmbito econômico, por apresentar condições de temperatura mais amena e consequentemente, menores valores envolvidos no processo. Observou-se também que os resultados do processo de liquefação foram eficientes para a realização do adensamento da matéria orgânica. Deste modo, pode se afirmar que a técnica é promissora para este fim.

Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer a Universidade Federal de Viçosa (UFV Florestal); Fundação de Amparo a Pesquisa de Minas Gerais – Fapemig e o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq. Referências ACHARYA, B. S.; BLANCO-CANQUI, H. Lignocellulosic-based bioenergy and water quality parameters: a review. GCB Bioenergy, v. 10, n. 8, p.

504–533, 2018.

BRIONES, R. et al. Polyols obtained from solvolysis liquefaction of biodiesel production solid residues. Chemical Engineering Journal, v. 175, n. 1, p. 169–175, 2011. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.

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Artigo

tainable Energy Reviews, v. 68, n.

May 2016, p. 113–125, 2017.

CAO, L. et al. Effect of glycerol as co- Disponível em: <http://linkinghub.

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CELIKBAG, Y. et al. Effect of liquefaction temperature on hydroxyl groups LEE, J. H. et al. Crude glycerol-meof bio-oil from loblolly pine (Pinus ta- diated liquefaction of empty fruit eda). Bioresource Technology, v. 169, bunches saccharification residues for preparation of biopolyurethane. Jourp. 808–811, 2014.

Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.bior- nal of Industrial and Engineering Chemistry, v. 34, p. 157–164, 2016. tech.2014.07.075>.

Disponível em: <http://dx.doi.orCHEN, Z.; LONG, J. Organosolv li- g/10.1016/j.jiec.2015.11.007>. quefaction of sugarcane bagasse catalyzed by acidic ionic liquids. Biore- LEITE, S. A. F. et al. Characterization source Technology, v. 214, p. 16–23, of biomass residues aiming energy 2016. Disponível em: <http://dx.doi. and by-Products generation. Chemiorg/10.1016/j.biortech.2016.04.089>. cal Engineering Transactions, v. 65, 2018a.

CHERUBINI, F. The biorefinery concept Using biomass instead of oil for LEITE, S. A. F. et al. Biopolyol and producing energy.pdf. Energy Con- Foam Production From Lemon Baversion and Management, v. 51, n. 7, gasse Liquefaction. v. 65, p. 376–381, 2018b. Disponível em: <http:// p. 1412–1421, 2010. https//www.congressobiomassa.com/ DEMIRBAŞ, a. Mechanisms of lique- site/cibio2018_anais.pdf>. faction and pyrolysis reactions of biomass. Energy Conversion and Mana- LÓPEZ, M. et al. Approaching comgement, v. 41, n. 6, p. 633–646, 2000. post stability from Klason lignin modified method: Chemical stability deDIMITRIADIS, A.; BEZERGIANNI, gree for OM and N quality assessment.

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cle/pii/S09213 44910002065>. Acesso em: 3 ago. 2018.

PAULA, L. E. de R. e et al. Characterization of residues from plant biomass for use in energy generation. CERNE, v. 17, n. 2, p. 237–246, jun. 2011.

Disponível em: <http://www.scielo. br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S 0104-77602011000200012&lng=en&tlng=en>. Acesso em: 3 ago.

2017.

RAMBO, M. K. D.; SCHMIDT, F. L.; FERREIRA, M. M. C. Analysis of the lignocellulosic components of biomass residues for biorefinery opportunities. Talanta, v. 144, p. 696–703, 2015. Disponível em: <http://dx.doi. org/10.1016/j.talanta.2015.06.045>.

SOUZA, O. et al. Biodegradação de resíduos lignocelulósicos gerados na bananicultura e sua valorização para a produção de biogás. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 14, n. 4, p. 438–443, 2010.

YANG, J.; (SOPHIA)HE, Q.; YANG, L. A review on hydrothermal co-liquefaction of biomass. Applied Energy, v. 250, n. May, p. 926–945, 2019. Disponível em: <https://doi. org/10.1016/j.apenergy.2019.05.033>.

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Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2013.11.070>.

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VIABILIDADE TÉCNICA DA UTILIZAÇÃO DE GLICERINA COMO MONO-SUBSTRATO PARA DIGESTÃO ANAERÓBIA Lucas Monteiro Galotti de Souza1, Danilo Herculano da Silva2, Sayuri Higo Daniel2, Bruna de Souza Moraes3

RESUMO A glicerina bruta é um material que pode ser aproveitado na digestão anaeróbia para produção de biogás. Vários estudos demonstraram vias metabólicas da glicerina, assim como aspectos cinéticos de seu consumo por microrganismos. Outros estudos mostram que o potencial teórico da glicerina é de 426 mL CH4 por grama de glicerol e que resultados experimentais podem chegar próximo a esse valor. No presente trabalho, foram feitos ensaios em batelada em duas etapas para investigar a concentração ótima de glicerina bruta para a produção absoluta, rendimento e porcentagem de metano no biogás. As melhores concentrações foram as de 10 gL-1 e 20 gL-1 de glicerina, as quais resultaram em maiores valores de produção absoluta de metano, rendimento e porcentagem de metano no biogás. O melhor rendimento obtido, dentre as condições testadas, foi de 164,49 mL CH4 g glicerina-1, para a condição com 20 gL-1 de glicerina. Apesar das distinções de resultados dentre as concentrações testadas, a monodigestão de glicerina aqui avaliada apresentou resultados inferiores àqueles observados na literatura para codigestão da glicerina com outros substratos, o que indica que este material pode render melhores resultados através de seu uso como co-substrato.

Palavras-chave: Biogás, Metano, Glicerina, Concentração ótima, Duas etapas.

Introdução A glicerina é um produto gerado em grandes quantidades a partir da transesterificação de óleos de diferentes vegetais, como a soja. Serve como matéria-prima para a produção de diversos produtos, sobretudo propanodiol e ácidos de cadeia curta. Sua aplicação como substrato na digestão anaeróbia (DA), para produção de metano (CH4), no entanto, é pouco explorada, mas estudos recentes apontam para sua viabilidade e suas limitações técnicas (VIANA et al, 2012).

A glicerina bruta, obtida do processamento da soja, é carregada de impurezas, que podem alcançar até 30% de sua composição total. Dentre Faculdade de Engenharia Mecânica, Unicamp, lucasmgalotti@gmail.com 2 Faculdade de Engenharia Mecânica, Unicamp 3 Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético 1

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as impurezas estão íons de sais inorgânicos, sobretudo Na+ e Cl-, ácidos voláteis e metanol (RYWINSKA et al, 2009). Tais impurezas podem apresentar grandes obstáculos na DA, uma vez que podem causar a inibição do metabolismo acetogênico e metanogênico (PAVLOSTATHIS et al, 1991). Também pode apresentar ácidos graxos de cadeia longa (de 8 a 20 átomos de carbono), os quais podem aumentar consideravelmente o potencial metanogênico do material, mas também pode ser um fator inibitório (YONG et al, 2001).

Alguns estudos, tanto em reatores em batelada quanto em sistemas contínuos, foram feitos para avaliar a viabilidade da glicerina como substrato para DA. Além disso, há estudos sobre a utilização de glicerina tanto como substrato único quanto como co-substrato. Considerando que o po-

ALGUNS ESTUDOS, TANTO EM REATORES EM BATELADA QUANTO EM SISTEMAS CONTÍNUOS, FORAM FEITOS PARA AVALIAR A VIABILIDADE DA GLICERINA...

O OBJETIVO DO PRESENTE ESTUDO FOI OBTER AS CONCENTRAÇÕES ÓTIMAS E INIBITÓRIAS DE GLICERINA EM ENSAIO EM BATELADA EM DUAS ETAPAS... tencial metanogênico teórico de glicerol puro, de acordo com cálculos estequiométricos, são 426 L CH4 por kg de glicerol, nas CNTP, alguns estudos se aproximaram mais de tal valor, ao passo que outros se mantiveram bastante distantes, dependendo das condições empregadas.

SILES et al (2010) estudou a co-digestão anaeróbia (co-DA) da glicerina com água residuária da produção de biodiesel em sistema contínuo, e verificou que, diante de carga orgânica volumétrica de 0,27–0,36 g DQO g SSV-1, alcançou 310 mL CH4 por g de DQO removida, além de obter quase 100% de remoção de substrato orgânico adicionados. FOUNTOLAKIS et al (2009), por sua vez, mostrou que a glicerina pode ser um importante co-substrato. Seus estudos em reator contínuo mostraram que a adição de glicerina (1% v/v) em um reator alimentado com restos de alimentos aumentou a produção diária de CH4 em cerca de 150%. Outros estudos identificaram rendimentos elevados de CH4 produzido por massa de glicerina adicionada, como 276 mL CH4 g DQO adicionada-1, em sistema contínuo com carga orgânica de 1,2 g DQO L-1 dia-1 (NAKAMURA et al, 2008) e 348 mL CH4 g DQO removida-1, em batelada, com 60 mL de glicerina por litro (CASTRILLÓN et al, 2011).

a inserção de agulha de seringa para coleta e mensuração de gás produzido. Os frascos foram preenchidos com volumes iguais, 125 mL, restando 58% do volume do frasco como headspace.

Do volume útil, 119 mL foram preenchidos com inóculo, cuja concentração de SV foi de 40 g L-1. O volume restante foi completado com glicerina bruta (concentração de SV: 996 g L-1; densidade: 1,23 g L-1) e com água destilada quando necessário. Foram feitos 7 ensaios, cada uma com uma concentração diferente de glicerina.

As quantidades de glicerina adicionadas em cada frasco, assim como suas concentrações, são mostradas na Tabela 1.

O ensaio foi realizado em duas etapas: na primeira, o pH inicial foi ajustado para 5,5; na segunda, após 40 dias, o pH foi reajustado para 7,5.

O gás produzido foi diariamente coletado no início do experimento e, conforme a taxa de produção foi reduzida, o intervalo entre as coletas O objetivo do presente estudo foi foi gradualmente aumentado. A coobter as concentrações ótimas e inibi- leta foi feita com seringa de 500 mL tórias de glicerina em ensaio em bate- (Hamilton, NV) e o gás foi descartado lada em duas etapas, com concentra- em água, para reter, ao menos parcialções de glicerina variando de 0 a 60 mente, o gás sulfídrico produzido. A mensuração do volume de biogás prog L-1. duzido diariamente foi feita através da medição da pressão relativa interna de Metodologia cada frasco, com auxílio de um manôO ensaio foi feito em batelada, metro, imediatamente antes da coleta em temperatura mesofílica (30˚C) do gás. O cálculo de volume de biogás em frascos de vidro Schott Duran de produzido foi feito de acordo com a 250 mL (volume total de 300 mL), Equação 1 (To: temperatura normal = fechados com tampa com septo em- 273,15 K; T: temperatura experimenborrachado para impedir a saída de tal = 303,15 K; P: pressão manomégás durante o ensaio, porém permitir trica auferida; Po: pressão normal =

101,325 kPa; VHS: volume do headspace = 125 mL).

A produção acumulada de biogás em cada frasco foi obtida através da soma dos valores diários de biogás calculados pela Equação 1.

Semanalmente, o gás colocado foi injetado em cromatógrafo gasoso (CG) para mensuração da concentração de seus componentes. O experimento foi encerrado 90 dias após seu início, quando a produção de biogás foi praticamente cessada em todos os frascos.

A produção diária de CH4 em cada frasco foi obtida através da multiplicação dos valores da concentração de CH4 no biogás pelo volume diário de biogás produzido, de acordo com a Equação 2:

A produção acumulada de CH4 em cada frasco foi obtida através da soma dos valores diários de produzidos calculados pela Equação 2.

Além dos valores de produção acumulada, foram calculados também os valores de rendimento de produção de biogás e CH4 por massa de SV adicionada pela glicerina. Foram plotados gráficos com os dados de produção de biogás e CH4 (mL), rendimento de biogás e CH4 por massa de SV adicionada (mL g SVadd-1) e porcentagem de CH4 (%), todos em função do tempo (dias).

Resultados e Discussões Os resultados de produção absoluta, rendimentos e concentração de CH4 são apresentados nas Tabelas 2 e 3, assim como nas Figuras 1 e 2. A Revista Biomassa BR

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Figura 3 mostra a concentração de CH4 no biogás ao longo do experimento.

De acordo com as Tabelas e Figuras acima, é possível verificar que, até o fim da primeira etapa, o aumento da concentração de glicerina proporcionou aumento na produção de biogás, sendo que as maiores concentrações resultaram em maiores produções. Por outro lado, a produção de CH4 não se mostrou diretamente proporcional à concentração de glicerina, pois os frascos com menos glicerina foram os que produziram maior volume de CH4, implicando que, para concentrações maiores, o biogás produzido foi composto sobretudo por gás carbônico. Isso mostra que a concentração de CH4 ao longo do tempo é maior para as menores concentrações de glicerina, o que é possível de ser visto na Figura 3. Além disso, é possível verificar que as concentrações de glicerina de 10 e 20 g L-1 foram as que proporcionaram melhores rendimentos. Em 10 dias de ensaio, o frasco com 10 g L-1 alcançou rendimento de 18,49 mL CH4 g SV-1, e em 17 dias, o frasco com 20 g L-1 alcançou rendimento de 11,61 mL CH4 g SVadd-1, valores baixos em termos de potencial teórico metanogênico, porém consideráveis em termos de condições acidogênicas. Todas as demais condições apresentaram rendimento máximo de CH4 de 6,5 mL gSVadd-1 durante a maior parte do experimento.

Durante a segunda etapa, o frasco com 20 g L-1 apresentou pico de produção de CH4, tornando tal condição a com os melhores rendimentos, melhor produção de CH4 e segunda melhor produção de biogás, atrás apenas da condição com 60 g L-1 de glicerina.

Outro fator a ser considerado é o fato de que, logo após a correção do pH, houve variação na concentração de CH4 no biogás em algumas condições. A condição com 20 g L-1, por exemplo, sofreu uma queda, passando de mais de 30% de metano para cerca de 15%, levando mais cerca de 20 dias para alcançar e ultrapassar os patamares anteriores, atingindo acima de 70% de metano no biogás. Tal fator é um indicativo que, para que a produção de metano seja recuperada após ajuste de pH, é necessário um período de adaptação, no qual a produção de metano se mantém baixa, apesar de a produção de biogás poder aumentar imediatamente, resultando em uma queda na concentração de CH4.

Logo, de acordo com os dados obtidos, há indicativos de que as condições com menores concentrações de glicerina foram mais favoráveis para a produção de CH4, rendimento 14 Revista Biomassa BR

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Referências [1] CASTRILLÓN, L. et al (2011). Optimization of biogas production from cattle manure by pre-treatment with ultrasound and co-digestion with crude glycerin. Bioresource Technology.

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[3] NAKAMURA, K. et al (2008).

Application of waste glycerin liquid produced from biodiesel production to methane fermentation. Journal of Japan Society of Waste Management concentrações ideais de glicerina para de CH4 por g SVadd e porcentagem Experts. V. 19, N. 1, P. 9-16. de CH4 no biogás. A faixa de concen- delinear ensaios de co-DA. tração de glicerina entre 10 e 20 g L-1 [4] PAVLOSTATHIS, S.G., GiraldoConclusões se mostrou a ideal, dentro das condi-Gomez, E (1991). Kinetics of anaeroções testadas. No entanto, comparado Concluiu-se que, dentro das con- bic treatment. Water Science Technocom rendimentos de outros substratos na literatura científica, todos os dições avaliadas, a concentração de 20 logy V. 24, N. 8, P. 35–61. rendimentos alcançados neste ensaio g L-1 de glicerina é a mais adequada foram significativamente baixos. Por para obter melhores rendimentos de [5] RYWINSKA, A. et al (2009). exemplo, conforme experimentos pa- CH4 e maior percentual do gás na Biosynthesis of citric acid from glyralelos, a DA da vinhaça em batelada mistura do biogás em pH neutro. Por cerol by acetate mutants of Yarrowia alcança valores de rendimento entre outro lado, concentrações mais eleva- lipolytica in fed-batch fermentation.

180 a 350 mL CH4 gSVadd-1. A úni- das resultam em produção, rendimen- Food Technology and Biotechnol. V. ca condição que se aproximou de tais to e percentual de CH4 irrisórios, ape- 47, P. 1–6. valores foi a com 20 g L-1 de glicerina, sar das elevadas produções de biogás, após cerca de 20 dias do início da se- composto majoritariamente por gás [6] SILES, J. A. et al (2010). Anaerobic gunda etapa. Tais fatores indicam que carbônico, alcançando a maior parte co-digestion of glycerol and wastewaa glicerina não é um substrato ideal da produção total dentro dos primei- ter derived from biodiesel manufacturing. Bioresource Technology. V. para ser usado em monodigestão. Há ros 20 dias de ensaio em pH ácido.

101, P. 6315–6321. projetos que indicam vantagens do Agradecimentos uso da glicerina como co-substrato, [7] YONG, K.C. et al (2001). Chapotencializando produção, rendimenÀ CAPES, por fomentar o projeto, racterization of glycerol residue from to, velocidade de produção e concentração de CH4. Dessa forma, futuros e à UNICAMP, por fornecer estrutura a palm kernel oil methyl ester plant, projetos podem se beneficiar das in- física, recursos materiais e suporte in- Journal of Oil Palm Research. V. 13, P. 1–6. dicações do presente projeto quanto a telectual.

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Artigo

A PRODUÇÃO E O USO DE BIOGÁS PARA DESENVOLVIMENTO DAS REGIÕES METROPOLITANAS Fernando Damasceno Zambrona1, Bruna de Souza Moraes2, Paulo Cesar Souza Manduca2

RESUMO Sabendo da grande dependência brasileira na energia advinda de grandes hidrelétricas, e pelo histórico de riscos de racionamento pelos quais o país já passou, faz-se necessário trabalhar com a produção descentralizada de energia, tema em alta nos últimos anos no Brasil, porém aqui focando no biogás para popularizar o uso deste no Brasil e paralelamente resolver problemas intrínsecos a grandes metrópoles e principalmente regiões metropolitanas, tendo como plano de fundo o desenvolvimento sustentável dessas regiões e o aumento da produção de energia como forma de explorar recursos considerados resíduos agregando valor a estes, assim como o reconhecimento de que o crescimento de uma região pode estar atrelado a disponibilidade de recursos energéticos que trabalham direta ou indiretamente com fatores econômicos, ambientais e sociais, trazendo como pontos positivos para as regiões metropolitanas a criação de novos mercados, aumento de emprego, destinação correta e lucrativa para os resíduos, diminuição da emissão de gases de efeito estufa, o efeito desta fonte renovável em áreas como a da saúde, diminuição de gastos públicos, incentivos a reciclagem entre outros, que corroboram para a sustentabilidade. O estudo mostra também ser importante a produção de biogás através da digestão de diferentes biomassas disponíveis nas regiões, trabalhando no conceito de integração das cidades, em uma simbiose para o aproveitamento energético advindo de biomassas nas cidades das regiões. O estudo se baseia em revisão bibliográfica e avalia as informações que foram disponibilizadas em relatórios anuais e artigos científicos dos últimos anos e leituras clássicas da área proposta.

Palavras-chave. biometano. digestão anaeróbia. energia. resíduos.

Introdução

atores envolvidos nos planejamentos de políticas ou análises econômicas Estudos ambientais geralmente reconheçam que a energia tem papel focam mais nos impactos dos com- fundamental para o desenvolvimento bustíveis fósseis do que na dependên- econômico, social e ambiental de um cia das sociedades em relação a eles. país, e que as mudanças na atmosfera A necessidade quase que hiperbólica e na biosfera passam então a não ser dessas fontes em detrimento das reno- entendidas apenas externalidades das váveis, se configura como uma falha consequências dos usos energéticos, da sociedade industrial (HALL, KLI- mas componentes das análises econômicas. (HALL et al., 2001) TGAARD, 2018).

Hall e Klitgaard (2018) reportam que o desenvolvimento econômico e a eficiência do PIB têm uma forte relação com o uso de recursos e a exploração de energia. O desenvolvimento com base em uma economia biofísica traz a necessidade de que os novos Universidade Estadual de Campinas - Unicamp, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, São Paulo. fernandozbr@yahoo.com.br

1

Universidade Estadual de Campinas – Unicamp, Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético, Campinas, São Paulo

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É indeclinável o uso de energias que se apoiem no tripé biodiversidade, biomassa e bioenergia, identificando padrões dos usos de recursos dos diferentes ecossistemas, e resíduos das regiões, investindo em tecnologias que foquem no controle de poluição, tratamento de resíduos, fornecimento de água entre outros (SACHS, 2007).

Neste contexto de necessidade de diversificar as fontes de energia, o trabalho dos agentes municipais para fo-

mentar a descentralização da produção energética deve ser reconhecido, uma vez que municípios são ecossistemas com grandes e diversas fontes de recursos, por diversas vezes subtilizados (SACHS, 1993; GRUPO DE TRABALHO DA SOCIEDADE CIVIL PARA A AGENDA 2030, 2018) Reconhecendo esses aspectos como fundamentais para o desenvolvimento sustentável, priorizou-se para esta pesquisa o uso e produção do biogás proveniente de diferentes biomassas residuais para a descarbonização de cidades, assim como controle de resíduos, fonte de receita e, consequentemente, desenvolvimento de diversos setores da sociedade.

Este trabalho reconhece que parcerias entre cidades de regiões metropolitanas para a produção de biogás, deve fomentar o seu uso e produção de forma mais satisfatória e eficiente,

Artigo

uma verdadeira simbiose ecológica.

Com isso, tem-se como objetivo deste trabalho um olhar onde os resíduos das cidades possam ser considerados fontes de riqueza para o desenvolvimento social, econômico e como mitigação de problemas ambientais das regiões metropolitanas.

Metodologia O trabalho não priorizou a aplicação em uma região específica, sendo então um trabalho abrangente na forma de tratar os resíduos de diversas regiões. Apesar da continuidade deste estudo, que identificará futuramente biomassas presentes em diferentes, este em específico se trata de uma pesquisa de revisão bibliográfica com coleta de dados em autores que tratassem principalmente da temática biogás, biomassas, biodigestores, modelos de negócio com biogás e modelos sociais com o uso de biogás, importante para este trabalho com foco em políticas públicas. A partir disto, temos como principais autores Yousuf et al. (2017), Panigrahi e Dubey (2019), Coelho (2019), Andre, Vor-

de gases do transporte de todas as cidades até o aterro e, principalmente, no tempo de vida útil dos aterros sanitários, atrelado ao excesso de consuResultados e Discussões mismo, temos um tempo de vida útil Para uma cidade ser ou não consi- curto, e a necessidade de expansão derada sustentável, é necessário a aná- que causa problemas quando esta se lise do ambiente na sociedade onde ela aproxima de áreas residenciais. está inserida. Analisando uma cidade Entre todo o lixo produzido pe(A), por exemplo, que produz um resíduo e utiliza um aterro localizado las cidades, há uma diversidade de em outra cidade (B) para descarta-lo, resíduos orgânicos que podem ser poderá ser considerada uma cidade utilizados para geração de biogás nas limpa isoladamente, porém, todos os regiões metropolitanas, tais como o impactos serão transferidos para a ci- lodo advindo de estação de tratamendade B, onde, dentro do contexto de to de esgoto (ETE), resíduos animais inserção da cidade em ambiente cada ou até mesmo industriais que não são vez mais globalizado, ela acarreta cul- utilizados de forma nobre. Para além pa por transferir seus lixos a outros, dos fatores químicos que influenciam passando a ser insustentável, trazendo a geração do biogás em biodigestores, à tona o conceito de que a sustenta- um estudo sobre a forma que a região bilidade individual das cidades não é está arranjada é necessário, pois é a coerente, por isso a necessidade de se disponibilidade destes resíduos que irá alimentar os biodigestores e é netrabalhar com regiões. cessário um bom arranjo geográfico A disposição de resíduos sólidos para melhor gestão destes resíduos. urbanos (RSU) em aterros, com o Sabendo desta conexão entre as uso de concessionárias para geri-los é mais barata se comparada a incine- cidades, cidades pertencentes a uma ração (FIGUEIREDO, 2012), porém, região deveriam trabalhar em conlançando um olhar no gasto e emissão junto, trazendo à tona o aspecto de mittag e Saldiva (2016?) e Hall e Klitgaard (2018).

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Artigo

De uma maneira ampla, utilizar resíduos orgânicos como matéria prima para geração de energia também proporciona benefícios e incentivo ao desenvolvimento da indústria e tecnologias nacionais de São Paulo, teríamos uma redução de 114 mil mortes, 138 mil visitas de crianças e jovens a consultórios e 103 mil visitas a prontos-socorros por doenças respiratórias. Há uma necessidade urgente de descarbonizar as cidades. Bioenergia deve ser vista não como projeto a ser incentivado para frear crises, mas como plano de ação de cidades para enxergarmos a enerInvestir em uma política pública gia como necessidade cotidiana, que com elevado custo e planejamento, junto traz benefícios. como o investimento em biodigestoPara além do desafogamento de res, deve trazer benefícios não apenas em um único setor, mas que esta po- aterros sanitários, ou na diminuição lítica possa se estender para diminui- da poluição que acarreta em menores ção de gastos, ou melhoras, em outros gastos no setor da saúde, um incentisetores que, transversalmente, irão se vo à produção e utilização do biogás beneficiar da política instalada. Ater- acarreta em maior uso deste em ETE ros ou ETEs podem se beneficiar do para fim térmico para geração de cabiogás diretamente utilizando-o de lor, que será de grande utilidade para forma energética, mas, um investi- secagem e higienização do lodo, assim mento que trabalhe com a disposi- como disponibilidade energética para ção correta de resíduos, gerando, por as regiões metropolitanas, diminuinexemplo, o metano que pode ser uti- do riscos do excesso de uso de fontes lizado em frotas cativas ou no trans- fósseis e a total dependência da socieporte público, inclusive para célula a dade moderna nelas, riscos que, como combustível, traz como consequên- diria Ulrick Beck (1986), advindos cia uma melhora na qualidade do ar de uma modernização tardia podem das regiões, um ganho consequente. ser minimizados com uma moderO biogás corrobora para a diminui- nização reflexiva, utilizando dejetos ção de gastos públicos, por exemplo, para minimizar os impactos da mona área da saúde, e para a melhora da dernização, com destinação correta de lixos que venha acompanhado de saúde pública da população. campanhas que incentivem a imporA exemplo deste ganho, Andre, tância energética e a importância da Vormittag e Saldiva (2016?) analisan- biomassa no processo de produção do a poluição da cidade de São Paulo energética. com sua taxa de internações e gastos De uma maneira ampla, utilizar públicos, observam que em um cenário de transporte público 100% elétri- resíduos orgânicos como matéria prico, 12.796 vidas são salvas até 2050, ma para geração de energia também com uma diminuição de até 13.723 proporciona benefícios e incentivo ao internações o que gera uma economia desenvolvimento da indústria e tecnode R$46,5 milhões. Já Bell et al. (2005) logias nacionais. Em diversos países o mostram que, se tivéssemos passado aproveitamento de resíduos orgânicos por uma diminuição de 10% de po- já é realidade, e para isso, utilizam o luentes entre 2000 e 2020, na cidade biogás em modelos de negócio como: interação para o âmbito de resíduos, onde as cidades passam a reconhecer o valor dos resíduos para seu desenvolvimento econômico, ambiental e social em conjunto, pois essa interação de cidades traz uma carga orgânica maior a ser utilizada para a produção de energia, combustível e outros benefícios do biogás.

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geração de energia elétrica, combustível veicular, inserção na rede de metano, ou aquecimento (AUGUSTO et al., 2016). Consequentemente, há uma geração de empregos na região.

Considerando a importância do biogás para o desenvolvimento das cidades, Yousuf et al. (2017), trabalham em um contexto de modelos de negócios sociais para o biogás, sendo modelos de negócios sociais aqueles que, auto sustentáveis, vendem bens ou serviços e repagam investimentos para seus proprietários, cujo foco principal é para a sociedade e melhoria na qualidade da população mais necessitada, sob a ideia de que o biogás pode trazer energia para áreas rurais, oferecendo benefícios socioeconômicos, assim como ao meio ambiente e a saúde, trazendo independência econômica.

Segundo os autores, o fator que causa a não disseminação do biogás é a limitação dos fatores econômicos, tais como falta de atrativos financeiros.

Os projetos de biogás requerem um mínimo de resíduos, água e contribuições financeiras para os custos de construção do projeto. À luz das diferentes realidades de regiões metropolitanas, porém convergindo para tópicos que possam ser em comum para todas, alguns dos modelos de negócios de biogás são: (i) geração de eletricidade tanto para residências como para prédios públicos e locais públicos; (ii) purificação do biogás para biometano, o qual será utilizado como combustível veicular (GNV) em frotas cativas ou públicas, assim como a utilização do biometano em células a combustível. Algumas empresas ainda não possuem descarte correto do resíduo orgânico nela produzido, a utilização deste resíduo para produção de biometano como

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combustível passa a ser um modelo de negócio viável. Paralelamente temos (iii) a produção de biofertilizantes em detrimento do fertilizante químico; (iv) o uso do biogás como energia térmica para indústrias, ETEs ou agricultura e (v) a inserção do biometano na rede de gás das cidades da região, que estimularia ainda mais as diversas vertentes de onde o biometano pode se originar, contribuindo para a diminuição de fontes fósseis e movimentando o mercado. Há ainda diversos usos para o biogás como dimetil éter, grafeno, polietileno de baixa densidade, etileno do qual pode-se produzir óxido de etileno, etilbenzeno, acetato de vinila, entre outros para a indústria química (YOUSUF et al., 2017; COELHO, 2019).

Yousuf (2017) aponta que algumas instituições que ocupam relativamente pequenos espaços, produzem grande quantidade de resíduos, como restaurantes, restaurantes universitários, cafeterias, mercados ou instituições como Ceasa que são mercados de vegetais, e desempenham um papel de possível dependência energética interessante. Juntando essas entidades em conjuntos, como é comumente encontrado em regiões metropolitanas, como conjunto de restaurantes com certa proximidade, bairros com grandes prédios onde há uma alta concentração de moradores, shoppings e universidades próximas a negócios maiores como empresas, fazendas, usinas de cana-de-açúcar, ETE ou aterros, podem-se surgir modelos de negócios sociais com o biogás que desenvolvam a região.

Englobando então as três áreas, social, ambiental e econômico, Panigrahi e Dubey (2019) citam como ações positivas sobre a biodigestão de RSU, a redução de gases de efeito estufa, desvio de resíduos orgânicos de aterros sanitários e melhoria no uso de biofertilizantes no pilar ambiental. Já no pilar social, os autores citam a produção waste – to – energy, a diminuição de odores advindos da disposição incorreta dos resíduos, e o aumento do emprego gerado no modelo de negócio com biogás. No pilar econômico, a venda de subprodutos como o biofertilizante é citado, assim como o aumento no crétido de CO2 e a diminuição com procurement para 24 Revista Biomassa BR

[5] COELHO, Mario Augusto Alexandre. Geração de energia elétrica Mostrando o valor do biogás a partir do biogás como forma de como projeto de desenvolvimento desenvolvimento econômico. Orientador: Nestor Cezar Heck. 2019. 100 para regiões metropolitanas. f. Tese (Doutorado em engenharia de minas, metalúrgica e de materiais) Conclusão Universidade Federal do Rio Grande O biogás mostra-se importante do Sul, Porto Alegre, 2019. meio de desenvolvimento econômico, social e ambiental para as regiões [6] FIGUEIREDO, Juliana Carvametropolitanas, e utiliza-lo de forma lho. Estimativa de produção de a criar uma simbiose entre as cidades, biogás e potencial energético dos gera uma busca integrada por um de- resíduos sólidos urbanos em Misenvolvimento sustentável que utiliza nas Gerais. 2012. 139 p. Dissertação dos resíduos orgânicos disponíveis na (Mestrado em análise e modelagem região que por diversas vezes são des- de sistemas ambientais) - Universidacartados sem usos nobres, para a ge- de Federal de Minas Gerais, Belo Horação de combustível ou energia elé- rizonte, 2012. trica, que consequentemente acarreta em ganhos paralelos como na saúde, [7] GRUPO DE TRABALHO DA SOaumento de empregos e menor de- CIEDADE CIVIL PARA AGENDA pendência de fontes fósseis na matriz 2030. Relatório luz da agenda 2030 de desenvolvimento sustentável: Sínenergética. tese II. [S. l.: s. n.], 2018. 84 p. Disponível em: https://gtagenda2030.org.

Agradecimentos br/relatorio-luz/relatorio-luz-2018/.

Agradeço ao CNPQ pela bolsa de Acesso em: 22 abr. 2020. estudos, e pela Unicamp pela oportunidade de desenvolvimento da pes- [8] HALL, Charles A.S.; KLITGAARD, Kent. Energy and the wealth of quisa. nations: an introduction to biophysical economics. 2. ed. Nova Iorque: Bibliografia Springer, 2018. 511 p.

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TYN, Marcel et al. Para pensar o de[3] BECK, Ulrich. Sociedade de ris- senvolvimento sustentável. 1. ed. São co: rumo a uma outra modernidade. Paulo: Brasiliense, 1993. p. 29 - 56.

ISBN 85-11-1409-5.

1. ed. [S. l.]: Editora 34, 2010. energia.

[4] BELL, Michelle L. et al. The avoidable health effects of air pollution in three Latin American cities: Santiago, São Paulo, and Mexico City. Environmental Research, [S. l.], 2018, p. 431 - 440.

[12] YOUSUF, Abu et al. Social business models for empowering the biogas technology. Energy Sources, [S. l.], v. 12, n. 2, 23 out. 2020. Part B: Economics, planning, and policy, p.

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APROVEITAMENTO BIOENERGÉTICO DE RESÍDUO VEGETAIS EM CERÂMICAS Fabrício Rufo Lins Bonifácio¹; Jacob Silva Souto²

A

geração excessiva de resíduos vegetais associadas ao seu baixo aproveitamento, resulta em danos ambientais, além da perda significativa de oportunidade para a indústria, comunidades locais, governos e sociedade em geral.

Particularmente, em áreas carentes, a exemplo do semiárido do Nordeste brasileiro, que depende quase exclusivamente da lenha extraída da caatinga.

As ações empreendedoras voltadas para a bioenergia podem ser uma grande fonte de riqueza, tendo em vista que são enormes as quantidades de energias demandadas atualmente. O “calor” é a forma, de energia mais utilizada para atender e sustentar um processo de desenvolvimento socioeconômico.

Procurou-se nesse estudo verificar o ¹Mestrando Pós-Graduação em Agronomia/UFPB, rufofabricio@gmail.com ²Professor Titular da Universidade Federal de Campina Grande /UFPB, jacob_souto@yahoo.com.br

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médio de coproduto de 2.000 cocos rende 3.000 kg de material, que se forem adicionados na ordem de 40% à lenha para a queima de tijolos, haverá um aproveitamento de 69 milheiros de tijolos, ou seja, 50% dos 138 milheiros de tijolos produzidos semanalmente.

Além disso, tem-se a produção semanal de 269 kg de cinzas que poderiam ser utilizadas como corretivo do solo, sendo mais uma opção para o ceramista. Os resultados permitiram concluir que a incorporação de resíduos de casca de coco na ordem de 40% dá para reduzir em torno de cinco hectares de lenha extraída da caatinga, sendo considerado o material mais disponível e com logística facilitatrole). O experimento foi instalado da e, a produção de cinzas residuais obedecendo um delineamento intei- pode se tornar mais uma fonte viável ramente casualizado, com seis trata- na redução de custo ao agronegómentos e três repetições. Os tratamen- cio pelo seu aproveitamento químico tos consistiram da mistura de 20, 30 e na fertilização de solos da região, ao 40% de coproduto de casca de coco, e invés de serem descartadas como é 20% de coproduto de eucalipto e sa- prática comum na região de estudo. biá, respectivamente, em substituição a lenha, queimados em forno Hoffman com temperatura superior a 900 Palavras-chave: lenha, caatinga, resíoC. Verificou-se que o aporte semanal duo de coco, tijolos, cinzas. aproveitamento de coprodutos florestais e industriais na produção de tijolos conduzido nas dependências da Cerâmica Produto Bom, em Pilões (PB). Foram utilizados, coprodutos das cascas de coco (Cocos nucifera L.), eucalipto (Eucalyptus globulus Labill.), sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) em complementação ao material oriundo da caatinga (con-

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