Agricultura, Biologia, Energia renovável, Meio ambiente, Sustentabilidade

Como funciona o biodigestor?

Recebi mensagens de dúvidas sobre o biodigestor. É uma forma de gerar energia a partir da biomassa, cujo funcionamento é o assunto deste post.
Recomendo que também leia o post sobre energia por biomassa.

Geração de energia por biomassaClique aqui

O que é e como funciona um biodigestor?

Materia orgânica é depositada em uma câmara e dentro desta é produzido biogás como combustível. Além disso, produz fertilizante para as plantações. Há canais diferentes para as saídas de biogás e fertilizante.

Biodigestor para biogás.

Na zona rural, a matéria orgânica é composta por dejetos de animais e da agricultura. Este é um biodigestor maior para aproveitar o lixo orgânico das cidades e indústrias.

biodigestor industrial

Produção anaeróbica de biogás

Anaeróbica significa sem oxigênio. O biogás é formado por 50% a 75% de metano (CH_{4}), 25% a 50% de dióxido de carbono (CO_{2}) e pequenas quantidades de gases hidrogênio (H_{2}), sulfeto de hidrogênio (H_{2}S), amônia (NH_{3}) e oxigênio (O_{2}), além de água (H_{2}O). A produção de biogás dentro do biodigestor é dividida nas seguintes etapas, que ocorrem simultaneamente.

Hidrólise

A matéria orgânica tem compostos complexos: proteínas, carboidratos e lipídios. Nesta etapa, os compostos complexos são quebrados em moléculas mais simples como açúcares, aminoácidos e ácidos graxos. Aquelas moléculas são quebradas por bactérias hidrolíticas que produzem enzimas (lipases, proteases e amilases) para executar as seguintes reações químicas.

C_{12}H_{22}O_{11}+H_{2}O\rightarrow C_{6}H_{12}O_{6}+C_{6}H_{12}O_{6}

  • C_{12}H_{22}O_{11} = sacarose.
  • C_{6}H_{12}O_{6} = glicose e frutose. Embora tenham a mesma fórmula química, são moléculas diferentes.

glicose e frutose

C_{57}H_{104}O_{6}+3H_{2}O\rightarrow C_{3}H_{8}O_{3}+3C_{18}H_{34}O_{2}

  • C_{57}H_{104}O_{6} = gordura chamada trioleína.
  • C_{3}H_{8}O_{3} = glicerina ou glicerol.
  • C_{18}H_{34}O_{2} = ácido oleico.

C_{4}H_{6}O_{3}N_{2}-R1-R2+H_{2}O\rightarrow C_{2}H_{4}O_{2}N-R1+C_{2}H_{4}O_{2}N-R2

  • C_{4}H_{6}O_{3}N_{2}-R1-R2 = proteína di-peptídeo.
  • C_{2}H_{4}O_{2}N-R1 e C_{2}H_{4}O_{2}N-R2 são aminoácidos.

Acidogênese

Nesta fase, bactérias fermentativas convertem açúcares, aminoácidos e ácidos graxos em ácidos de cadeia curta e outras substâncias.

4C_{3}H_{8}O_{3}+2HCO_{3}^{-}\rightarrow 7CH_{3}COO^{-}+5H^{+}+4H_{2}O

  • HCO_{3}^{-} = íon bicarbonato.
  • CH_{3}COO^{-} = acetato.

C_{5}H_{9}NO_{4}\rightarrow CH_{3}CH_{2}COOH+2CO_{2}+NH_{3}+2H_{2}

  • C_{5}H_{9}NO_{4} = ácido glutâmico.
  • CH_{3}CH_{2}COOH = ácido propiônico.

3C_{6}H_{12}O_{6}\rightarrow 4CH_{3}CH_{2}COOH+2CH_{3}COOH+2CO_{2}+2H_{2}O

  • CH_{3}COOH = ácido acético ou etanoico.

Vários gêneros de bactérias fazem a acidogênese.

Acetogênese

Esta fase é caracterizada pela produção de ácido acético, hidrogênio e dióxido de carbono a partir de ácidos orgânicos e outras moléculas da acidogênese. Alguns exemplos de reações desta fase feitos por bactérias acetogênicas.

CH_{3}CH_{2}COO^{-}+3H_{2}O\rightarrow CH_{3}COO^{-}+3H_{2}+H^{+}+HCO_{3}^{-}

  • CH_{3}CH_{2}COO^{-} = propionato, vem do ácido propiônico.
  • CH_{3}COO^{-} = acetato, íon do ácido acético.

CH_{3}CH_{2}CH_{2}COO^{-}+2H_{2}O\rightarrow 2CH_{3}COO^{-}+2H_{2}+H^{+}

  • CH_{3}CH_{2}CH_{2}COO^{-} = butirato, vem do ácido butírico.

2CH_{3}(CH_{2})_{3}COO^{-}+6H_{2}O\rightarrow 5CH_{3}COO^{-}+6H_{2}+3H^{+}

  • 2CH_{3}(CH_{2})_{3}COO^{-} = íon do ácido valérico.

Nesta etapa, é importante controlar a concentração de hidrogênio. Se esta for muito elevada, não haverá conversão dos compostos na acidogênese, portanto, aumenta a quantidade de ácidos orgânicos. Consequentemente, não há metanogênese para a produção de biogás. A produção de hidrogênio reduz o pH do ambiente local.

Metanogênese

Finalmente, o metano CH_{4} é produzido neste estágio, combinando ácido acético CH_{3}COOH, hidrogênio H_{2} e dióxido de carbono CO_{2}.

CO_{2}+4H_{2}\rightarrow CH_{4}+2H_{2}O

CH_{3}COOH\rightarrow CH_{4}+CO_{2}

Os microorganismos metanogênicos são do reino ou domínio Archaea. Os metanogênicos acetoclásticos produzem metano a partir do ácido acético, enquanto os hidrogenotróficos o fazem a partir do hidrogênio e dióxido de carbono.

Archaea
Archeas são seres procariontes, portanto, não possuem um núcleo celular.

Sulfetogênese

Um biodigestor também produz enxofre, que vem da matéria orgânica. Para usar o biogás como fonte de energia, a concentração de enxofre deve ser reduzida, pois o sulfeto de hidrogênio causa corrosão em metais e motores. Existem vários métodos de remoção de enxofre que serão mostrados em outro post. Na sulfetogênese, as bactérias sulforedutoras transformam sulfato, sulfito e sulfurados em sulfeto.

 

 

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