Quais são os fatores que influenciam na produção de biogás?

Resumo: O experimento foi realizado na Estação Experimental, que pertence à UNIOESTE – Campus de Marechal Cândido Rondon, no período de 29 de Julho à 01 de Dezembro de 2013. O objetivo foi verificar a influência das variações térmicas e climáticas na produção de biogás. O biodigestor experimental de fluxo contínuo modelo BioKöhler, com capacidade útil de 19,56 m³, foi alimentado diariamente com dejetos de bovinos e com 30 kg de cama de aviário. Foram mensurados diariamente o volume e densidade dos dejetos de bovinos e o volume de biogás. As temperaturas internas foram registradas a cada 15 min e o restante das informações foram adquiridas da estação meteorológica que se encontra ao lado do biodigestor. Avaliando os resultados obtidos observou-se que há correlação positiva em todos os fatores avaliados. A temperatura externa e interna, a precipitação pluviométrica e a radiação solar interferem na produção de biogás, porém, a interferência da precipitação pluviométrica foi considerada não significativa, e a temperatura interna do biodigestor é o fator com maior influência na produção de biogás. Foi possível produzir diariamente, em média, 10 m³ de biogás com a adição diária de 36 kg de sólidos voláteis em um tempo de retenção hidráulico de 37 dias.

Introdução: Mesmo que as taxas de crescimento venham diminuindo desde o final da década de 1970, a população mundial duplicou desde esse tempo para 6,9 bilhões, e está projetada para aumentar consideravelmente nas próximas décadas (FAO, 2012). A expectativa é de ultrapassarmos nove bilhões de pessoas em 2050, sendo que com isso a demanda global por alimentos e energia também aumentarão, seguindo a lógica do crescimento populacional, ou seja, será necessário produzir mais energia e mais comida. Segundo Baron (2011), aproveitar a energia renovável e de maneira descentralizada é essencial para o desenvolvimento humano e o futuro sustentável do Planeta. Devemos pensar e desenvolver tecnologias que melhorem a vida das pessoas em todos os continentes. As diferentes formas de produção da energia devem servir para que os indivíduos tenham acesso à energia, independentemente do local que residem e das condições socioeconômicas. Apesar dos avanços tecnológicos, uma parcela grande da população mundial não tem essa oportunidade devido às condições de pobreza que se encontram.
A necessidade de geração de fontes alternativas de energia é um fator crucial para alcançar a sustentabilidade ambiental.Leite (1997) afirma que a questão energética assume o caráter de desafio para os países em desenvolvimento, quando se constata que os 850 milhões de habitantes das nações desenvolvidas de economia de mercado consomem mais da metade de energia do mundo, e que já atinge mais de oito bilhões de toneladas equivalentes de petróleo (tEP) por ano. Constata ainda que nos países em desenvolvimento como no Brasil, que ainda não atendeu às necessidades elementares de grande parte de sua população, o crescimento da demanda de energia tende a permanecer elevado.
A problemática econômica, estimulada pela alta do preço do petróleo, alertou o mundo diante desta questão grave que se apresentava ao cenário econômico mundial. Porém outra grande questão se deu por meio de um novo conceito de “Desenvolvimento Sustentável” dizendo que, segundo o relatório de Brundtland (1987): “o atendimento às necessidades do presente não pode comprometer o atendimento às necessidades das gerações futuras”. A comunidade científica mundial alertou o planeta apresentando indicadores sobre catástrofes ambientais, teoricamente causadas pela liberação na atmosfera dos gases de efeito estufa (GEE), que são lançados até hoje pela matriz energética baseada nos combustíveis fósseis. Outras fontes geradoras de GEE são dos dejetos que, quando não tratados corretamente, possuem elevado potencial poluidor, não só pela liberação de gases poluentes como também pelo excesso de matéria orgânica que, se entrar em contato com água dos rios, pode provocar desequilíbrios ecológicos gigantescos.
Ao final da década de 80, as Nações Unidas criaram o Protocolo de Quioto, impondo regulamentação aos países desenvolvidos, estabelecendo limites de emissão de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o óxido nitroso (N2O). Diante desta problemática surge um movimento voltado para as fontes alternativas de energias renováveis, proporcionando o surgimento de novas formas de se obter energia de forma sustentável e limpa como a energia eólica, a energia solar, bioenergia, entre outras. Santos (2004) analisa que, de forma geral, a maioria dos sistemas de produção – energética, alimentar, industrial, por exemplo – é consumidor ativo de energia elétrica e afirma ainda que, como todo processo de produção, produz resíduo. Sendo que todo resíduo armazena alguma energia, e que alguns sistemas de produção podem reverter esses resíduos em energia, pode-se então baratear seu custo de produção e funcionar de forma energeticamente equilibrada.
Uma das opções para a produção de energia renovável que vem apresentando resultados favoráveis e já difundido em vários países é a utilização do biogás. Apesar de ser conhecido há muito tempo, só mais recentemente os processos de obtenção de biogás vêm se desenvolvendo, aprimorando ou se industrializando para fins energéticos. A ideia da produção de biogás nas propriedades rurais se associa ao atendimento dos objetivos citados na Agenda 21 (D.O.U., 1995): a) proporcionar maior conforto ao rurícola, permitindo-lhe dispor de um combustível prático e barato que tanto poderá ser usado para fins de calefação e iluminação, como ainda para acionar pequenos motores estacionários de combustão interna; b) contribuir para a economia do consumo de petróleo, pois o biogás é um combustível proveniente de fontes alternativas; c) produzir biofertilizante que é um resíduo rico em nutrientes que pode ser utilizado na fertilização do solo para aumentar a produtividade dos cultivos face ao seu baixo custo de obtenção; d) contribuir para a preservação do meio ambiente pela produção de biogás, o que consiste na reciclagem de dejetos e resíduos orgânicos poluentes e diminuição do potencial poluidor dos dejetos.
Segundo Galinkin e Bley (2009) para que ocorra o tratamento de resíduos sólidos e efluentes, subprodutos orgânicos da produção rural, torna-se necessário submetê-los a um processamento como, por exemplo, a biodigestão que é composta por uma fase anaeróbia – sem a presença de oxigênio ou concentrações muito reduzidas – nos chamados biodigestores, durante um determinado tempo de retenção hidráulica, objetivando-se obter a redução da carga orgânica bruta do efluente a partir da ação de micro-organismos especializados.
O biogás pode ser obtido pela digestão de resíduos agrícolas, ou até mesmo de excrementos de animais e de seres humanos. Segundo Souza (2005) o biogás, que é formado principalmente por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), gás amônia (NH3), sulfeto de hidrogênio (H2S) e nitrogênio (N2), tem sido usado com frequência, principalmente na Europa, em substituição ao gás natural que tem se tornado de difícil obtenção.
A digestão anaeróbia é um processo bioquímico complexo, composto por várias reações sequenciais, cada uma com sua população microbiana específica. Para a digestão anaeróbia de material orgânico complexo, como proteínas, carboidratos e lipídios, podem-se distinguir quatro etapas diferentes no processo global da conversão (FORESTI, 1994).
Na primeira etapa, a matéria orgânica complexa é degradada em compostos mais simples como açúcares, ácidos graxos e aminoácidos, sofrendo a ação dos micro-organismos hidrolíticos. Na segunda etapa as bactérias acidogênicas degradam os açúcares e ácidos em compostos mais simples como ácidos graxos de cadeia curta, ácido acético, H2 e CO2. Na terceira etapa, estes produtos são transformados principalmente em ácido acético, H2 e CO2, pela ação das bactérias acetogênicas. Por fim, na última etapa, as arqueas metanogênicas transformam esses substratos em CH4 e CO2 (HAMMER, 1996).
Segundo Oliveira (2009), a eficiência da digestão anaeróbia pode ser seriamente afetada por fatores que estão relacionados com o substrato, com as características do digestor ou com as condições de operação e ambientais, por exemplo: o tipo de biomassa, o modelo do biodigestor, a quantidade/volume de biomassa, manejo, perfil de micro-organismos, acidez e a temperatura.
Dos fatores físicos que afetam o crescimento microbiano, a temperatura é um dos mais importantes na seleção das espécies. Os micro-organismos não possuem meios de controlar a sua temperatura interna que é determinada pela temperatura ambiente externa (ISOLDI et al., 2001). Segundo Chernicharo (2007) a multiplicação microbiana geralmente está associada à três faixas de temperatura onde o crescimento é possível: psicrófila (entre 0 e 20°C), mesófila (entre 20 e 45°C) e a termófila (entre 45 e 70°C). Este mesmo autor afirma ainda que em cada uma dessas faixas são associados três valores de temperatura para caracterização da multiplicação dos micro-organismos: temperaturas máximas e mínimas que definem os limites da faixa de temperatura em que a multiplicação é possível e a temperatura ótima onde a multiplicação é máxima. A multiplicação microbiana em temperaturas próximas à mínima é baixa, mas aumenta exponencialmente com o acréscimo da temperatura, atingindo o máximo próximo à temperatura ótima, e caindo abruptamente com um aumento de alguns poucos graus. De acordo com Singh (1994) existem basicamente duas faixas de temperatura que apresentam condições ótimas para a produção de biogás (metano). A primeira é a faixa mesofílica que está entre 20 – 40 °C e a temperatura ótima está entre 30 – 35 °C. E a segunda faixa é a termofílica que fica entre 50 – 60 °C. O autor ainda cita que os sistemas mesofílicos são muito sensíveis à variação da temperatura ambiente, podendo parar a produção de biogás no período de inverno em climas mais frios.
Bouallagui et al. (2004) reportam que a digestão anaeróbia em processos termofílicos produzem até 41% a mais de biogás que os processos mesofílicos e 144% a mais que os processo psicrofílicos.
No Censo Agropecuário (IBGE, 2006) foram identificados 4.367.902 estabelecimentos de agricultura familiar, representando 84,4% do total dos estabelecimentos rurais dentro do país. Neste mesmo censo foi detectado que a agricultura familiar era responsável por 87% da produção nacional de mandioca, 70% da produção de feijão, 46% do milho, 38% do café, 34% do arroz, 58% do leite, 59% do plantel de suínos, 50% das aves, 30% dos bovinos e, ainda, 21% do trigo. Esses dados demonstram a força que possuem as pequenas propriedades tanto na questão social, por manter a população no campo e estimular uma distribuição de riquezas descentralizada, como também na produção de alimentos ao contribuir com a segurança alimentar do país. Porém há ainda uma grande dificuldade de auxiliar estas famílias e suas pequenas propriedades no que diz respeito à implantação de tecnologias como, por exemplo, a implantação de biodigestores, compostagens e suas respectivas técnicas de manejo, pois muitas destas ferramentas são fabricadas numa visão mais intensiva de produção, ou seja, para grandes propriedades que possuem um capital de giro maior para fazer investimentos.
Os agricultores familiares enfrentam a escassez de fontes energéticas para fins produtivos e residenciais. Na maioria das áreas rurais a disponibilidade dos combustíveis mais limpos para cocção é intermitente ou não existe, devido à falta de infraestrutura de distribuição e comercialização, além de ser relativamente mais oneroso que os combustíveis tradicionais disponíveis nessas áreas (SANGA, 2004).
Analisando esta realidade, o biodigestor Bioköhler, por ser uma tecnologia de baixo custo, devido aos materiais utilizados e a simplicidade de instalação, pode ser considerado como uma boa alternativa, na obtenção de energia limpa (biogás) e biofertilizante, por meio da fermentação anaeróbia, realizada em câmaras de biodigestão, além de contribuir para a redução da contaminação ambiental.
A Bioköhler é uma empresa de biodigestores que atua no ramo de instalação de biodigestores e indústria e comércio de equipamentos para utilização do biogás, além de assistência técnica, sendo que está localizada no município de Marechal Candido Rondon – PR e está no ramo de produção de biodigestores e equipamentos acessórios desde de 2010.
A empresa fornece ainda serviços de instalação de equipamentos que utilizam o biogás como fonte de energia para aquecimento de frangos, impermeabilizações de lagoas, agitadores de 6 e 10 cv, biodigestores modelos canadense e convencional com flare (equipamento utilizado para queimar o biogás), biodigestor em fibra de vidro e o de mistura completa.
Diante do exposto, o objetivo da pesquisa foi avaliar como as variações climáticas (temperatura, índices de chuvas e radiação solar), podem interferir na temperatura interna do biodigestor e, consequentemente, na eficiência da produção de biogás nos biodigestores Bioköhler.

Autores: Sidnei Gregorio TAVARES; Armin FEIDEN; Arlindo Fabrício CORREIA; Caroline Monique Tietz SOARES e Marcos Roberto Pires GREGOLIN.

Leia o estudo completo: influencia-das-variacoes-termicas-e-climaticas-na-producao-de-biogas

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