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  • Como cientistas transformaram casca de banana em energia mais barata e limpa

    Como cientistas transformaram casca de banana em energia mais barata e limpa

    Pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) descobriram que baixas concentrações de soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH) preparam resíduos orgânicos para a produção de biogás com mais eficiência do que doses elevadas. A descoberta eleva a geração de metano, reduz o consumo de reagentes químicos e diminui os custos da operação industrial.

    A equipe utilizou como matéria-prima bananas descartadas em varejões, cascas e frutos impróprios para comercialização. Apesar do alto teor de matéria orgânica, esses resíduos escondem seu potencial energético dentro de uma espécie de armadura vegetal, formada por substâncias como celulose e lignina. Essa barreira dificulta o acesso dos microrganismos aos açúcares fermentáveis e limita a digestão anaeróbia, processo pelo qual comunidades de microrganismos decompõem a matéria orgânica na ausência de oxigênio.

    Durante o processo, os microrganismos quebram moléculas complexas em compostos cada vez mais simples até formar o metano (CH₄), principal componente energético do biogás.

    Como funciona o pré-tratamento termoalcalino

    “Para aumentar a eficiência da produção de biogás, é necessário aplicar um pré-tratamento. Nós optamos pelo termoalcalino (que combina calor e produtos químicos). A biomassa foi aquecida na presença de diferentes concentrações de hidróxido de sódio, variando entre 0,2% e 3%. O objetivo era romper parcialmente a barreira formada pela lignina, tornando os carboidratos mais acessíveis aos microrganismos”, explica Sandra Imaculada Maintinguer, integrante do Instituto de Pesquisa em Bioenergia da Universidade Estadual Paulista (IPBEN-Unesp) e coordenadora da pesquisa.

    Pesquisadora Larissa Ayumi Yamamoto realiza experimento com o resíduo de banana. Foto: Larissa Ayumi Yamamoto/IPBEN-Unesp

    Os testes contrariaram a expectativa intuitiva de que doses maiores de reagente trariam melhor desempenho. Pelo contrário: a eficiência máxima apareceu justamente nas menores concentrações testadas. A dose de apenas 0,2% de NaOH promoveu a maior solubilização de carboidratos, alcançando 12.110 miligramas por litro (mg/L). Ou seja, mais que o dobro dos 4.785 mg/L registrados no material sem pré-tratamento. Uma concentração ligeiramente maior, de 0,4%, gerou a maior produção acumulada de metano, mas a dose de 0,2% produziu o gás com mais velocidade.

    “Isso é importante porque, além de aumentar os custos da produção, o uso elevado de hidróxido de sódio inibe a ação dos microrganismos responsáveis pela geração do metano e pode causar maior impacto sobre o meio ambiente”, destaca Larissa Ayumi Yamamoto, graduanda no IPBEN-Unesp e primeira autora do artigo, publicado em maio na revista científica Bioenergy Research.

    Excesso de reagente prejudica microrganismos e encarece o processo

    Em pequenas quantidades, a soda cáustica rompe parcialmente a estrutura vegetal e libera açúcares que alimentam os microrganismos. Em excesso, porém, o reagente passa a atacar os próprios microrganismos, o que atrapalha ou até inviabiliza o processo. “Não adianta colocar 20%, porque se torna inibitório”, resume Maintinguer. A redução da quantidade de reagente também melhora a perspectiva de aplicação industrial, já que facilita o tratamento posterior de efluentes. “Para a indústria, quanto menor a concentração de hidróxido de sódio, melhor”, completa a pesquisadora.

    Maintinguer observa que São Paulo reúne condições particularmente favoráveis para esse tipo de tecnologia. Como grande produtor de frutas, o Estado gera quantidades enormes de resíduos ao longo de toda a cadeia produtiva. Desde frutos descartados ainda na propriedade até sobras do beneficiamento industrial e da comercialização. “A ideia é fechar esse ciclo. Em vez de encaminhar restos e frutas fora do padrão comercial para aterros, esses resíduos podem alimentar biodigestores capazes de produzir energia, transformando um passivo ambiental em uma fonte renovável”, pondera a pesquisadora.

    Bactérias e arqueias definem o desempenho do sistema

    Os resultados mostraram que o desempenho do biodigestor depende não apenas da quantidade de matéria orgânica disponível, mas também de quais bactérias atuam no processo e quais caminhos elas usam para digerir a matéria. No reator tratado com 0,4% de hidróxido de sódio, predominaram bactérias dos gêneros Paraclostridium e Clostridium, além de arqueias metanogênicas, organismos unicelulares produtores de metano, dos gêneros Methanothrix e Methanoregula.

    “Nós avaliamos o consórcio microbiano presente no reator, conseguimos acompanhar como esse sistema evolui e quais rotas metabólicas os microrganismos percorrem ao longo do processo”, explica Ana Gabriela Oliveira Ferreira Janas, doutoranda no IPBEN-Unesp. “Portanto, são informações que a pesquisa pode oferecer para a indústria.”

    Digestão anaeróbia funciona como turnos de trabalho microbiano

    Maintinguer compara a digestão anaeróbia a uma sucessão de etapas cumpridas por diferentes grupos de microrganismos. “Entramos com a matéria orgânica bruta e os microrganismos vão quebrando essa matéria em compostos cada vez mais simples. Esses intermediários acabam sendo consumidos por outros microrganismos até chegar à formação do metano”, detalha.

    O estudo integra um programa mais amplo do grupo da Unesp, que busca transformar resíduos agroindustriais em fontes de energia e outros produtos de valor agregado. Além da banana, os pesquisadores também estudam resíduos de laranja e goiaba, águas residuárias do processamento de frutas e diferentes estratégias de digestão e codigestão anaeróbias, técnica que mistura diferentes tipos de resíduos no mesmo reator para potencializar a geração de energia.

    Dependendo das condições operacionais e da comunidade microbiana presente, os pesquisadores podem direcionar esses sistemas não apenas à produção de biogás. Mas também à obtenção de outros compostos de interesse industrial. Em outro trabalho, ainda em processo de revisão para publicação, Janas e colaboradores investigaram a codigestão anaeróbia de resíduos para produzir bio-hidrogênio.

    José Tadeu Arantes | Agência FAPESP

  • Cascas de ovo e manipueira da mandioca podem gerar biogás e fertilizantes

    Cascas de ovo e manipueira da mandioca podem gerar biogás e fertilizantes

    O aproveitamento de resíduos agroindustriais, como a manipueira da mandioca e cascas de ovo, está no centro de uma pesquisa inovadora. Ela foi desenvolvida pela Universidade Tiradentes (Unit) em parceria com a Universidade de Sherbrooke, no Canadá. O estudo propõe soluções sustentáveis para o tratamento de resíduos, geração de energia renovável e produção de insumos agrícolas. Assim, contribuindo para a economia circular e a redução de impactos ambientais.

    A manipueira é um resíduo líquido gerado no processamento da mandioca. Ela possui alto potencial poluidor, mas pode ser transformada em fonte de energia limpa e fertilizantes orgânicos por meio da digestão anaeróbia. O diferencial do estudo está na adição de cascas de ovo ao processo. Isso otimizou a produção de biogás e estabilizou o sistema biológico, graças ao cálcio presente nesse resíduo.

    A pesquisa, conduzida pela doutora Ianny Andrade Cruz, desenvolveu um sistema automatizado de produção e monitoramento de biogás e digestato, integrando tecnologias de Internet das Coisas (IoT) para maior eficiência e controle. O digestato gerado tem potencial como fertilizante, embora testes iniciais apontem a necessidade de ajustes no tempo de digestão para evitar toxicidade em plantas como a alface.

    Impacto ambiental e social

    A mandioca é uma das culturas mais importantes para a agricultura familiar no Brasil, especialmente nas regiões Norte e Nordeste, gerando grandes volumes de resíduos. O aproveitamento desses subprodutos para produção de biogás e fertilizantes oferece alternativas para a autossuficiência energética rural, redução das emissões de gases do efeito estufa e valorização dos agricultores, que podem transformar resíduos em fonte adicional de renda.

    Segundo a pesquisadora, a conversão dos resíduos da mandioca em biogás não só contribui para a gestão sustentável dos resíduos. Mas também pode substituir combustíveis fósseis, como o gás de cozinha, promovendo benefícios econômicos, ambientais e sociais para as comunidades rurais.

    Internacionalização e inovação

    A pesquisadora realizou parte da pesquisa no Laboratório de Tecnologias da Biomassa da Universidade de Sherbrooke, no Canadá, durante seu estágio e pós-doutorado. O ambiente acadêmico canadense, focado em inovação e transição energética, proporcionou acesso a tecnologias avançadas e parcerias com a indústria, ampliando as possibilidades de aplicação dos resultados em larga escala.

    O estudo reforça o potencial do Brasil em liderar soluções sustentáveis para o aproveitamento de resíduos agrícolas,. Além de destacar a importância da inovação tecnológica e da integração entre universidade, indústria e produtores rurais. A produção de biogás a partir de manipueira e cascas de ovo representa um passo importante para a sustentabilidade no campo, redução da poluição e promoção da economia circular no agronegócio brasileiro.

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