Biorrefinaria sustentável: produção de biogás a partir de bagaço de cana-de-açúcar hidrolisado com pré-tratamento físico, químico e biológico

Abstract

A crescente demanda por fontes renováveis de energia tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias voltadas ao aproveitamento de resíduos lignocelulósicos, entre os quais se destaca o bagaço de cana-de-açúcar. Entretanto, sua elevada recalcitrância estrutural limita a conversão biológica durante a digestão anaeróbia, tornando necessária a aplicação de pré-tratamentos capazes de aumentar a disponibilidade de compostos fermentescíveis. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de biogás a partir de bagaço de cana-de-açúcar hidrolisado por pré-tratamentos físico (micro-ondas), químico (ácido acético) e biológico (fermentação sequencial utilizando Aspergillus japonicus URM5242), aplicados de forma isolada e combinada. Inicialmente, a biomassa foi caracterizada quanto às suas propriedades físico-químicas e, posteriormente, submetida aos diferentes pré-tratamentos. Foram realizadas determinações da atividade celulolítica dos extratos enzimáticos (CMCase e FPase), quantificação da glicose liberada, avaliação da eficiência da hidrólise, ensaios de Potencial Bioquímico de Metano (BMP), monitoramento da produção de biogás e metano, análises cromatográficas da composição do biogás, determinação de parâmetros físico-químicos dos reatores e modelagem cinética da produção de metano. Os pré-tratamentos combinados promoveram aumento da atividade de CMCase (0,465 U mL⁻¹) e FPase (0,146 U mL⁻¹) para o tratamento físico-biológico, além de maior liberação de glicose (6,19 g L⁻¹), quando comparados ao tratamento biológico isolado (0,156 U mL⁻¹; 0,033 U mL⁻¹ e 4,42 g L⁻¹, respectivamente). Entretanto, esses ganhos não resultaram em maior desempenho metanogênico. A fermentação sequencial apresentou os maiores valores de produção acumulada de biogás (1404 NmL), volume acumulado de metano (780 NmL) e potencial de geração de metano (159 NmL CH₄ g⁻¹SV), superando os tratamentos isolados e combinados. A modelagem cinética indicou melhor ajuste do modelo de Gompertz modificado aos dados experimentais (R² = 0,99), descrevendo adequadamente a dinâmica de produção de metano e evidenciando maior taxa de produção para a fermentação sequencial (9,30 NmL d⁻¹), embora as combinações de pré-tratamentos tenham reduzido a fase de adaptação microbiana. Conclui-se que o aumento da hidrólise da biomassa não implica, necessariamente, maior produção de metano, demonstrando que a eficiência da digestão anaeróbia depende da interação entre a disponibilidade de substratos, a estabilidade do sistema e a atividade metabólica do consórcio microbiano. Assim, a fermentação sequencial utilizando Aspergillus japonicus URM5242 destacou-se como a estratégia mais promissora para a valorização energética do bagaço de cana-de-açúcar em processos de biorrefinaria sustentável voltados à produção de biogás.