Produção de hidrogênio e metano por meio da codigestão de subprodutos do processamento do setor sucroalcooleiro em reator anaeróbio de leito fluidificado

• Autor(a) principal: Ribeiro, Alexandre Rodrigues
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-10092024-084747/
• topic: bioenergia; bioenergy; biorrefinaria de cana-de-açúcar; digestão anaeróbia em dois estágios; melaço; molasses; sugarcane biorefinery; two-stage anaerobic digestion; vinasse; vinhaça

Os subprodutos do bioetanol, como a vinhaça, têm potencial energético e podem ser tratados através da codigestão com melaço de cana-de-açúcar em reatores anaeróbios, visando a produção de biogás. Este estudo avaliou a eficácia desse processo em diferentes taxas de carregamento orgânico (TCO) em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF). Este estudo examinou o desempenho do reator anaeróbio termofílico de leito fluidificado de fase única (RMT) com base na remoção de matéria orgânica e geração de biogás. A faixa de TCO variou de 5 a 27,5 kg DQO.m-3.d-1, com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas. Comparou-se também o desempenho operacional e produção de biogás do RMT com sistemas em dois estágios incluindo reatores termofílicos (55 ºC) acidogênico (RAT) e metanogênicos termofílicos (RST) e mesofílico (RSM) (30 ºC). O estudo investigou os efeitos do aumento da TCO no RAT (30 a 135 kg DQO.m-3.d-1) e nos reatores metanogênicos sequenciais (6 a 27 kg DQO.m-3.d-1), com TDH fixado em 4 e 20 horas, respectivamente. No RAT a máxima produção de H2 observada foi de 115,17 mL H2.L-1.h-1, obtendo o potencial energético de 57,08 kJ.d-1 na TCO de 45 kg DQO.m-3.d-1. A produção de H2 não foi detectada em TCO ≥ 90 kg DQO.m-3.d-1. Foi observado também um aumento na concentração de ácido lático (HLa) (15,2 vezes) a partir do aumento da TCO, indicando mudanças nos caminhos metabólicos para a formação de ácidos em cargas orgânicas mais elevadas. Thermoanaerobacterium foi a bactéria com maior abundância relativa e esteve diretamente envolvida na produção de H2, enquanto Lactobacillus esteve principalmente envolvido na produção de HLa e, consequentemente a diminuição da produção de H2. O processo manteve altas eficiências na remoção de matéria orgânica (entre 51% a 86,5%) e rendimento de metano MY (> 148 NmL CH4.g-1DQOremovido), independentemente da separação de estágios e do aumento da carga orgânica. No entanto, em concentrações de substrato mais altas (22,5 g DQO.L-1), o melhor desempenho em termos de potencial de geração de energia a partir do CH4 foi observado no RST (205,6 kJ.d-1), o qual foi 64,5% maior do que o observado no RMT: 125 kJ.d-1. No RMT a partir da TCO de 22,5 kg DQO.m-3.d-1, houve uma diminuição no MY, indicando um desequilíbrio na metanogênese e acúmulo de compostos orgânicos inibitórios. No RMT também Methanosarcina (38,9%) e Methanothermobacter (37,6%) foram os microrganismos prevalentes a 7,5 kg de DQO.m-3.d-1 e 27,5 kg de DQO.m-3.d-1, respectivamente. Nos RSM e RST também foi observada uma predominância de metanogênicas hidrogenotroficas, sendo o gênero Methanothermobacter presente em ambos. Desta maneira, avaliando o melhor sistema para a produção de biogás a partir da codigestão entre vinhaça e melaço em RALF, a separação de fases aumentou o potencial energético em comparação ao reator de estágio único em concentrações superiores a 22,5 g DQO.L-1, devido ao acúmulo de ácidos e à redução da produção de CH4 no RMT. Além disso, permitiu a produção de produtos de valor agregado, como ácido lático e etanol no RAT, e a geração de H2.