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Navegando IES - Tese por Assunto "biogás"

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    Codigestão Anaeróbia de Resíduos Alimentares com Aparas de Grama Submetida à Hidrólise Alcalina com NaOH
    (2023) Gueri, Matheus Vitor Diniz
    O crescente aumento na geração de RSU no Brasil tem gerado uma necessidade urgente por soluções sustentáveis que minimizem os impactos ambientais e de saúde pública. A composição do RSU é bastante heterogênea, a fração orgânica (resíduos alimentares, resíduos verdes, entre outros) corresponde, em média, a 50% do peso total e pode ser reaproveitada em diferentes rotas tecnológicas, com destaque às alternativas de conversão de resíduos orgânicos em energia limpa, como a digestão anaeróbia. Nesse sentido, o presente estudo buscou identificar o potencial de geração de metano a partir da codigestão anaeróbia de resíduos alimentares com aparas de grama como alternativa de destinação final. A lignocelulose presente nas aparas de grama é resistente às ações microbiológicas e enzimáticas, portanto, foram submetidas à hidrólise alcalina com NaOH (wet state). O experimento ocorreu em duas etapas sequenciais: EXP 1 e EXP 2. Na primeira, foram aplicados 1, 3 e 5% de NaOH com tempo de contato fixo em 12 horas e na segunda fixou-se 3% de NaOH e variou-se o tempo de contato de 12, 24 e 48h. Os ensaios de produção bioquímica de metano (PBM) seguiram as recomendações da norma alemã VDI 4630 (2006) com adaptação na mensura do gás produzido, que foi obtida pelo método manométrico, durante 30 dias sob temperatura mesofílica constante (37ºC ± 1). Os parâmetros pH, FOS/TAC, ST, SV, STV, DQO, NTK, COT, carboidratos, celulose, hemicelulose e lignina foram avaliados. As amostras foram formuladas com proporção entre inóculo:substrato ≤ 0,5 e entre o substrato:cosubstrato = 1:1. Os resultados mostram que a codigestão de resíduo alimentar com aparas de grama é vantajosa, dado ao balanceamento de nutrientes, expresso pela relação C:N que foi de 25 nas amostras de codigestão (COD). A maior geração de biogás no EXP 1 foi da amostra COD-3%, igual a 418,70 LN.kgSV-1, correspondente a uma produção 23% maior se comparado ao COD-0% (sem pré-tratamento). No EXP 2, a amostra COD-12h apresentou os melhores resultados, em termos de produção de metano e redução do tempo necessário para produção de 90% do volume total de biogás. O pré-tratamento alcalino das aparas de grama se mostrou eficiente, principalmente com 3% de NaOH durante 12 horas, dado o incremento no PBM de 59,50% e redução de 40,95% no teor de lignina, ficou evidente o aprimoramento na digestibilidade das amostras de codigestão de resíduo alimentar com aparas de grama pré-tratadas com NaOH, em todas as configurações. Foi possível concluir que as aparas de grama submetidas ao pré-tratamento com 3% de NaOH durante 12 horas são recomendadas como cosubstrato com resíduos alimentares, em função do aprimoramento verificado na geração de metano.
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    Produção de biogás em reator semicontínuo a partir de codigestão de resíduos sólidos orgânicos (RSO)
    (2025-07-22) Luiz, Franciele Natividade
    O crescimento populacional e o desenvolvimento econômico têm uma relação direta com o aumento da produção de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) no Brasil. Em 2022, o país gerou mais de 77,1 milhões de toneladas de RSU. Um dos maiores desafios é a destinação inadequada desses resíduos, que afeta mais de 35% dos resíduos coletados. Entre os resíduos, a fração orgânica, que inclui material orgânico de diferentes fontes, pode ser reaproveitada e contribuir com o atendimento às legislações ambientais e metas de descarbonização. Uma das alternativas para o aproveitamento da fração orgânica dos RSU é a digestão anaeróbia (DA), um processo biológico que decompõe a matéria orgânica em condições anaeróbias, gerando biogás. O biogás, composto principalmente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), possui diversas aplicações, como a geração de energia térmica, elétrica e combustível veicular. Com os incentivos governamentais e leis como a Lei do Combustível do Futuro (Lei 14.993/24), sancionada em outubro de 2024, há um crescente interesse no desenvolvimento de combustíveis avançados e renováveis, destacando a importância de estudos que explorem o potencial do biogás. Este estudo visa avaliar o potencial de produção de biogás e metano a partir da codigestão de Resíduos Sólidos Orgânicos (RSO), através da mistura de resíduos alimentares, azeite de oliva e macarrão. Para isso, foram realizados ensaios de Potencial Bioquímico de Metano (PBM), que medem a capacidade de produção de biogás, além de experimentos em um reator do tipo CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor), que considerou a partida do reator e posterior operação em diferentes condições de Carga Orgânica Volumétrica (COV), com variação de 1,32 g SV/L a 7,88 gSV/L. Os resultados dos ensaios de PBM com os resíduos individuais apresentaram uma produção de biogás entre 669 NL/kg de SV a 1190 NL/kg de SV, com teores de CH4 acima de 50%. No reator, a condição com o melhor desempenho foi aquela com COV de 4,49 gSV/L e um Tempo de Retenção Hidráulica (TRH) de 30 dias, enquanto em uma condição de sobrecarga, com COV de 7,88 gSV/L, o rendimento médio de aproveitamento do potencial bioquímico de metano foi de de 22% e o meio apresentou indicadores de acidificação. Esses resultados indicam que a digestão anaeróbia, quando aplicada à codigestão de resíduos sólidos orgânicos, é eficiente tanto na quantidade quanto na qualidade do biogás gerado, para operação de biodigestores em regimes semi contínuos o controle analítico do processo pode subsidiar intervenções necessárias para preservar a estabilidade do meio. Além disso, a DA tem o potencial de auxiliar o país a atingir metas ambientais, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa e valorizando recursos que, de outra forma, estariam dispostos de maneira inadequada no meio ambiente ou encaminhados a aterros sanitários. Resumen El crecimiento poblacional y el desarrollo económico están directamenterelacionados con el aumento de la producción de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) en Brasil. En 2022, el país generó más de 77,1 millones de toneladas de RSU. Uno de los mayores desafíos es la disposición inadecuada de estos residuos, lo que afecta a más del 35% de los residuos recolectados. Entre los residuos, la fracción orgánica, que incluye material orgánico de diferentes fuentes, puede ser reutilizada y contribuir al cumplimiento de las normativas ambientales y los objetivos de descarbonización. Una de las alternativas para el aprovechamiento de la fracción orgánica de los RSU es la digestión anaeróbica (DA), un proceso biológico que descompone la materia orgánica en condiciones anaeróbicas, generando biogás. El biogás, compuesto principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), tiene diversas aplicaciones, como la generación de energía térmica, eléctrica y combustible vehicular. Con los incentivos gubernamentales y leyes como la Ley del Combustible del Futuro (Ley 14.993/24), sancionada en octubre de 2024, existe un creciente interés en el desarrollo de combustibles avanzados y renovables, destacando la importancia de estudios que exploren el potencial del biogás. Este estudio tiene como objetivo evaluar el potencial de producción de biogás y metano a partir de la codigestión de Residuos Sólidos Orgánicos (RSO), mediante la mezcla de residuos alimentarios, aceite de oliva y fideos. Para ello, se realizaron ensayos de Potencial Bioquímico de Metano (PBM), que miden la capacidad de producción de biogás, además de experimentos en un reactor tipo CSTR (Reactor Continuo Agitado por Tanque), que consideró el inicio del reactor y posterior operación en diferentes condiciones de Carga Orgánica Volumétrica (COV), con variación de 1,32 g de SV/L a 7,88 gSV/L. Los resultados de los ensayos de PBM con los residuos individuales mostraron una producción de biogás entre 669 NL/kg de SV a 1190 NL/kg de SV, con concentraciones de CH4 superiores al 50%. En el reactor, la condición con mejor desempeño fue aquella con COV de 4,49 gSV/L y un Tiempo de Retención Hidráulica (TRH) de 30 días, mientras que en una condición de sobrecarga, con COV de 7,88 gSV/L, el rendimiento promedio de aprovechamiento del potencial bioquímico de metano fue del 22% y el medio presentó indicadores de acidificación. Estos resultados indican que la digestión anaeróbica, cuando se aplica a la codigestión de residuos sólidos orgánicos, es eficiente tanto en la cantidad como en la calidad del biogás generado. Para la operación de biodigestores en regímenes semi-continuos, el control analítico del proceso puede respaldar las intervenciones necesarias para preservar la estabilidad del medio. Además, la DA tiene el potencial de ayudar al país a alcanzar metas ambientales, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero y valorizando recursos que, de otro modo, serían dispuestos de manera inadecuada en el medio ambiente o enviados a vertederos sanitários.
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    Produção de cogumelo pleurotus ostreatus em gramíneas como pré-tratamento para obtenção de biogás
    (2025-08-01) Lourenço, Emilene de Carvalho
    Gramíneas de podas representam uma valiosa biomassa lignocelulósica, que pode ser utilizada na produção de cogumelos comestíveis e de biogás. A Digestão Anaeróbia (DA) é responsável pela obtenção de biogás e o uso de pré-tratamentos podem aumentar a sua eficiência. O prétratamento é uma opção para sanar as barreiras tecnológicas encontradas atualmente, como a baixa degradabilidade de materiais ricos em lignina e a possibilidade de formação de camada de sobrenadante nos biodigestores. Fungos comestíveis, especialmente do gênero Pleurotus, desempenham um papel crucial na degradação da biomassa lignocelulósica e podem ser utilizados como pré-tratamento biológico na DA. O presente estudo, inicialmente, teve por finalidade avaliar a sequência do cultivo de cogumelos comestíveis da espécie Pleurotus ostreatus em gramíneas das espécies Zoysia japonica (esmeralda) e Axonopus compressus (São Carlos), com posterior produção de biogás nos resíduos pós-cultivo. Para tal, as gramíneas foram destinadas ao preparo de substratos e submetidas à inoculação pelo fungo Pleurotus ostreatus. Foi avaliada de forma sequencial a produção de cogumelos e a produção de biogás nos resíduos pós-cultivo por meios de ensaios de Potencial Bioquímico de Metano (PBM). No cultivo foram avaliados dois tamanhos de fragmentos na confecção dos substratos, 1 cm e 2 a 5 cm. Esse aspecto não resultou em diferença estatística na produção de cogumelos, porém o menor tamanho de fragmentos apresentou maior produção de biogás e metano. Os melhores resultados foram obtidos para a gramínea Zoysia japonica que apresentou Eficiência Biológica (EB) de 118,0%, ou seja, em 1,0 kg de gramínea seca foi possível cultivar até 1,18 kg de cogumelos frescos (shimeji). Além disso, foi possível a produção de biogás nos resíduos póscultivo. Ao se comparar o substrato in natura com os resíduos, após um fluxo de cultivo, observou-se um aumento no rendimento de biogás e CH₄ de até 33,3 e 17,3%, respectivamente. Esses resultados indicam que o Pleurotus ostreatus atua como um pré-tratamento eficaz de gramíneas, pois mesmo após o cultivo de cogumelos houve o aumento do rendimento de biogás e metano em relação à amostra in natura. Num segundo momento, avaliou-se o uso do fungo Pleurotus ostreatus apenas como pré-tratamento das gramíneas em diferentes tempos de incubação, de 20, 30, 40 e 60 dias. Ao se avaliar ambas gramíneas, a Zoysia japonica apresentou os melhores resultados, sendo 20 dias de incubação o pré-tratamento mais efetivo, com aumento de 60,9 e 48,8% no rendimento de biogás e CH₄, respectivamente, em relação à mesma gramínea in natura. Em ambos estudos, pode-se obter redução de até 20,0% do tempo destinado à DA em relação à amostra in natura. Ficou evidente o potencial de pré-tratamento do Pleurotus ostreatus nas gramíneas avaliadas para a produção de biogás. Portanto, a produção de cogumelos, a utilização dos resíduos pós-cultivo para a produção de biogás e o uso do fungo como pré-tratamento foram considerados promissores. Todos esses aspectos corroboram a economia circular e alcançam diferentes Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Agenda 2030. Resumen Grasses offer valuable lignocellulosic biomass potencially able to produce edible mushrooms and biogas. Anaerobic Digestion (AD) generates biogas, and pretreatments improve its efficiency. Pretreatment is an alternative to overcoming technological barriers, such as the low degradability of lignified materials and the formation of floating layers in biodigesters. Edible fungi, especially those in the Pleurotus genus, play a crucial role in lignocellulosic biomass degradation and serve as an effective biological pretreatment in AD. This study initially aimed to evaluate the sequential cultivation of Pleurotus ostreatus mushrooms on Zoysia japonica (Emerald) and Axonopus compressus (São Carlos) and assess biogas production from postcultivation residues. To achieve this, the process involved preparing the grasses as substrates and inoculating them with Pleurotus ostreatus. Mushroom production and biogas generation from post-cultivation residues were sequentially evaluated using Biochemical Methane Potential (BMP) assays. Substrate preparation included two fragment sizes: 1 cm and 2–5 cm. Fragment size did not cause statistically significant differences in mushroom production; smaller fragments increased biogas and methane production. Among the tested grasses, Zoysia japonica delivered the best results, achieving a Biological Efficiency (BE) of 118.0%, meaning that 1.0 kg of dried grass produced up to 1.18 kg of fresh mushrooms (shimeji). Additionally, post-cultivation residues successfully generated biogas. Comparison between the raw substrate and post-cultivation residues showed increases of up to 33,3% in biogás yield and 17.3% in CH₄ yield. These findings demonstrate that Pleurotus ostreatus effectively pretreated grasses, enhancing biogas and methane yields even after mushroom cultivation. The study's second phase focused on using Pleurotus ostreatus as a pretreatment for grasses at incubation periods of 20, 30, 40, and 60 days. Among the evaluated grasses, Zoysia japonica again performed best, with 20 days of incubation proving the most effective pretreatment, increasing biogas and CH₄ yields by 60.9% and 48.8%, respectively, compared to the untreated grass. Both studies demonstrated a reduction of up to 20.0% in AD time compared to the untreated sample. These results confirm the potencial of Pleurotus ostreatus as an effective pretreatment for grasses in biogas production. The combined benefits of mushroom production, biogas generation from post-cultivation residues, and fungal pretreatment highlight promising strategies. These results reinforce circular economy principles and contribute to several Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda.