Equipamento aprimora a limpeza de efluentes urbanos e a geração de biogás

Texto: Paula Penedo – SEC Unicamp | Edição de Imagem: Alex Calixto e Paulo Cavalheri – SEC Unicamp | Fotografia: Lúcio Camargo – SEC Unicamp

Uma tecnologia desenvolvida na Unicamp é capaz de intensificar a limpeza de efluentes urbanos (resíduos líquidos provenientes principalmente do esgoto) e a consequente geração de biogás, um combustível com alto potencial energético formado pela decomposição de matéria orgânica. A invenção foi elaborada pela engenheira de biotecnologia Carla Isabel Flores Rodriguez, no doutorado Interinstitucional em Bioenergia, um programa conjunto da Unicamp com as universidades de São Paulo (USP) e Estadual de São Paulo (Unesp), visando aprimorar a digestão anaeróbia, método que utiliza microrganismos para decompor resíduos orgânicos na ausência de oxigênio.

Apesar de amplamente empregada na produção de biogás, a digestão anaeróbia apresenta baixa eficiência para a obtenção do produto, variando entre 50% e 70%, devido a fatores como a dificuldade de manter a estabilidade da operação e a complexidade dos resíduos. No entanto, um dos principais gargalos é a queda na concentração de microrganismos ao longo do processo, já que eles escoam junto com a vazão do efluente. Para resolver o problema, Rodriguez propôs a adição de materiais de suporte para os microrganismos, junto com a aplicação de uma corrente elétrica no reator — equipamento no qual a digestão anaeróbia ocorre — favorecendo a fixação desses agentes e potencializando a produção de biogás e outros compostos de interesse.

O novo reator funciona com uma combinação de eletrodos e espuma de poliuretano. No primeiro material, aplica-se um pequeno choque elétrico, induzindo uma eletroestimulação nos organismos, que adotam um comportamento diferenciado, comunicando-se por sinais elétrico-químicos e trabalhando mais intensamente. Com isso, os microrganismos passam a decompor a matéria de forma mais eficiente e a liberar elétrons, que são aproveitados como fonte de energia por outros microrganismos em reações que normalmente não aconteceriam. “Essa energia extra aumenta a eficiência do processo e permite a produção de substâncias úteis como hidrogênio, metano e outros compostos de valor biotecnológico, indo além do que seria possível em reatores convencionais”, explica a pesquisadora.

Já a espuma de poliuretano, empregada na fabricação de colchões e esponjas, visa manter os organismos no reator, pois se trata de um material poroso e, portanto, propício ao seu aninhamento. Segundo Gustavo Mockaitis, docente da Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri) e orientador do estudo, isso acontece porque esses agentes formam um biofilme (comunidade de biorganismos que se aderem a uma superfície) em volta dos alvéolos da esponja, ficando aderidos lá dentro. “Então, quando passa o fluxo de água, eles permanecem. Primeiro devido a esse polímero, em uma adesão química, e depois em uma adesão mecânica, pois eles se agarram lá”, afirma.

A tecnologia foi construída e avaliada no Laboratório de Biotecnologia Aplicada à Bioenergia e ao Meio Ambiente (Bioma) da Feagri, coordenado por Mockaitis, com uma água residuária sintética similar ao esgoto real. Seu objetivo foi testar a capacidade de tratar essa água e de produzir metano e hidrogênio, duas das substâncias que compõem o biogás, resultando em mais do que o dobro da quantidade de metano obtida na digestão anaeróbia tradicional e em uma remoção de matéria orgânica superior a 90%. No caso do hidrogênio, além de valores elevados, foi possível remover 70% da matéria orgânica.

Bioeconomia

O processo também gerou compostos orgânicos de alto valor agregado, como lactato e valerato, usados como matéria-prima na fabricação de bioplásticos, alimentos, biocombustíveis, produtos químicos e farmacêuticos. No entanto, chamou atenção dos pesquisadores a capacidade da invenção formar granulações — agregados de microrganismos —, que, além de trazerem mais eficiência para diversos tipos de processos em biorreatores, são bastante empregados na indústria de produção de bioplástico devido à capacidade de geração de compostos poliméricos.

O professor Gustavo Mockaitis, orientador do estudo: remoção da matéria orgânica foi superior a 90% Bioeconomia.

De acordo com os autores, a formação de grânulos durante a produção de metano já é bastante conhecida da comunidade científica, mas os mecanismos por trás da granulação na geração de hidrogênio ainda não são completamente compreendidos, embora alguns fatores estejam relacionados ao material de suporte. “A aderência causada pela esponja e a geração desses polímeros ajudam a unir os microrganismos. E a estimulação elétrica os incentiva a interagirem uns com os outros, então eles ficam agregados e formam comunidades muito estáveis, que se traduzem em grânulos”, comenta Rodriguez.

Essa estabilidade também resulta em maior resistência às variações de pH, o que evita a adição de substâncias tamponantes, que mantêm o equilíbrio químico do sistema, mas tendem a ser caras. “O biometano é um gás natural renovável, você consegue abastecer veículos com ele, um paradigma importante do ponto de vista ambiental e econômico. Então um processo em que não é necessário colocar um insumo químico mais caro que a eletricidade traz essa grande vantagem”, explica Mockaitis, ressaltando que a demanda de energia do sistema é muito baixa. Além disso, seria possível fechar o ciclo bioeconômico empregando energias renováveis na ativação do eletrodo, como o próprio biogás gerado no processo.

Agora no pós-doutorado, Carla Rodriguez atua com biocarvão, uma substância útil para fertilizantes, tratamento de água e produção de energia. Supervisionada pelo engenheiro químico e pesquisador da Feagri Oscar Adarme, que também colaborou para a tese, o objetivo continua sendo aperfeiçoar a comunicação elétrica dos microrganismos, mas, dessa vez, melhorando a condutividade do carvão, propriedade elétrica que reforça seu potencial em processos de eletroestimulação, assim como na aplicações em materiais sensores. “A eletroestimulação torna os microrganismos mais resilientes, como se as bactérias fossem para a academia e ficassem mais fortes e adaptadas para enfrentar adversidades da vida”, brinca a pesquisadora.

Matéria originalmente no Jornal da Unicamp

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