Produção de biogás através do bagaço de cana-de-açúcar utilizando pré-tratamento enzimático

Abstract

O desenvolvimento contínuo e a crescente demanda dos produtos derivados das atividades sucroalcooleiras têm gerado desafios ambientais significativos, como a geração de resíduos agroindustriais e o consumo demasiado de combustíveis não renováveis, aumentando as emissões de gases do efeito estufa. O bagaço de cana-de-açúcar (BC) é um dos principais resíduos gerados neste setor agroindustrial, o qual pode ser aproveitado como fonte sustentável para produção de biocombustíveis como o biogás através da digestão anaeróbia. O BC é uma matéria-prima renovável composta pelos polímeros naturais de celulose, hemicelulose e lignina, que conferem ao mesmo, devido sua estrutura tridimensional complexa, uma baixa biodegradabilidade. Desse modo, devido à natureza recalcitrante do BC, é necessário a aplicação de pré-tratamento para modificar a estrutura lignocelulósica densa visando a facilitar a exposição dos polissacarídeos e açúcares fermentáveis. Os processos biológicos despontam como uma alternativa de baixo custo por meio de microrganismos e enzimas como celulases e xilanases, que modificam a estrutura lignocelulósica através de reações bioquímicas. Sendo assim, este trabalho avaliou o pré-tratamento hidrolítico do bagaço de cana-de-açúcar utilizando o fungo filamentoso Aspergillus japonicus URM5242 com o objetivo de melhorar a produção de biogás através do teste de potencial bioquímico de metano (BMP). Os bioprocessos aplicados para hidrólise enzimática (celulases e xilanases) do BC foram os processos fermentativos em estado sólido (HFES), submerso (HFSm) e sequencial (HFSeq). O teste BMP ocorreu em biorreatores (batch) de 250 mL utilizando lodo anaeróbio granular como inóculo durante um período de 35 dias, sob agitação de 60 rpm em condições mesofílicas (37±2°C). Os resultados experimentais da geração de metano (CH4) do BC sem pré-tratamento e dos hidrolisados nas fermentações foram comparados aos modelos cinéticos de primeira ordem e Gompertz modificado para comprovar a compatibilidade dos dados experimentais da produção de metano. Os resultados experimentais mostraram que a hidrólise do BC por HFSm apresentou maior produção de CH4 (104,88 NmL.g-1SV), seguido dos hidrolisados por HFES e HFSeq e o BC sem pré-tratamento, que apresentaram produções de 69,13 NmL.g-1SV, 45,16 NmL.g-1 e 15,51 NmL.g-1SV, respectivamente. O biogás produzido pelos BCs pré-hidrolisados apresentou composição média de metano de 63,21%, 60,45% e 53,43% para os bioprocessos por HFSeq, HFSm e HFES, respectivamente, enquanto o BC sem pré-tratamento apresentou 14,81%. Portanto, este estudo constatou a eficiência dos diferentes processos biológicos utilizando o fungo filamentoso Aspergillus japonicus URM5242 para o pré-tratamento enzimático do bagaço de cana-de-açúcar, visando melhorar a produção de biogás e sua concentração de metano.