Geração do Hidrogênio como Energia a Partir de Resíduos da Indústria de Alimentos



Uma célula de combustível a hidrogênio produz eletricidade sem qualquer poluição, ela produz apenas vapor d'água como subproduto. O problema é que o processo de produção do hidrogênio ainda é baseado em matrizes fósseis. É por isso que se busca com persistência uma forma de obter hidrogênio a partir de fontes limpas.

 

Fontes de energia mais limpas têm sido buscadas no sentido de satisfazer o crescimento da demanda energética mundial. O gás hidrogênio produzido no tratamento de águas residuárias, por meio de processos biológicos, pode ser utilizado como fonte de energia alternativa, aliando não somente tratamento biológico do efluente, mas também a obtenção de energia sustentável.

 

Os pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Araraquara (SP) estudam a viabilidade de usar a água residuária da indústria de suco de laranja para produzir hidrogênio uma fonte de energia renovável, inesgotável e não poluente. A pesquisa, com apoio da Fapesp está em andamento no Centro de Monitoramento e Pesquisa da Qualidade de Combustíveis, Biocombustíveis, Petróleo e Derivados (Cempeqc) do Instituto de Química da Unesp. Se tiverem êxito, ao menos em termos ambientais o processo será duplamente limpo: a água poluída será tratada e o hidrogênio dispensará o gás natural para sua produção.

 

 

 

 

 

Há alguns entraves técnicos a serem superados antes que as células a combustível a hidrogênio tornem-se tecnicamente viáveis. Mas o principal problema é, sem dúvida, o próprio combustível. O hidrogênio não é encontrado isolado na natureza. Os processos disponíveis atualmente para obtê-lo são tão caros e poluentes que quase chegam a anular os benefícios proporcionados pelo uso das células.

 

A solução encontrada pela equipe brasileira é usar o hidrogênio no próprio local de produção, seja em células a combustível, seja queimando-o para gerar energia térmica.

 

A professora Sandra Imaculada Maintinguer, da UNESP Campus de Araraquara, explica que a produção biológica de hidrogênio já foi bastante testada. No caso das águas residuárias reaproveitadas da indústria, porém, os compostos estão extremamente diluídos.

 

"A água residuária não tem só açúcar. Óleo de máquinas e outros compostos também são encontrados no substrato, e reduzem a capacidade de produção de hidrogênio", diz Sandra. Além da indústria da laranja, a equipe pretende testar o mesmo processo de produção biológica de hidrogênio nos resíduos da indústria sucroalcooleira.

 

A ideia é usar os efluentes para gerar hidrogênio e acoplar essa fonte de energia ao sistema de tratamento da empresa. Uma possibilidade é colocar os resíduos em reatores biológicos. Com o gás liberado por esses reatores, seria possível gerar eletricidade.

 

O professor José Luz Silveira, também da UNESP Campus de Guaratinguetá, estuda as aplicações do hidrogênio e produz protótipos de células combustíveis.

 

Silveira partilha com Sandra da visão de que a melhor saída passa por utilizar o hidrogênio no local onde é produzido, devido às dificuldades de transporte do gás. Ele também acredita que o setor sucroalcooleiro é um dos principais candidatos a se beneficiar com este tipo de tecnologia no futuro. De acordo com a pesquisadora, a proposta é reaproveitar a energia gerada localmente, na própria indústria, para abastecer as bombas dos sistemas de tratamento biológico, por exemplo.

 

Com pequenas adaptações, a indústria sucroalcooleira poderá produzir o bio-hidrogênio a partir de um vegetal, aposentando assim os processos atuais, que recorrem a combustíveis fósseis.

 

O interesse nacional pela célula de combustível já foi maior. "O Brasil já destinou bastante dinheiro para os estudos com hidrogênio, mas, com a expectativa do pré-sal, os investimentos cessaram", diz Silveira.

 

O pesquisador avalia que o uso em larga escala do hidrogênio vai levar mais tempo para se difundir do que se imaginava há alguns anos. "Mas não há dúvida de que será uma das alternativas para uma matriz energética limpa. Já avançamos muito, e não vamos parar," afirma.

 

“A vantagem de produzir hidrogênio a partir de águas residuárias é aproveitar, de maneira sustentável, uma fonte de carbono que hoje está sendo descartada”, argumentou Sandra Imaculada Maintinguer, pesquisadora do Cempeqc.

 

“O método poderia beneficiar não apenas o setor citrícola, como o sucroalcoleiro, indústrias de refrigerantes, cervejas e de outros alimentos”, afirmou Maintinguer.

 

O hidrogênio, explicou a pesquisadora, é quase três vezes mais energético que os hidrocarbonetos e que o metano e quatro vezes mais que o etanol. No entanto, em razão do custo ainda elevado de armazenamento e transporte, seria inviável usar o gás, por exemplo, para substituir a energia hidrelétrica – ainda muito barata no Brasil.

 

 

 

O grupo de pesquisadores do Cempeqc está estudando três diferentes resíduos do beneficiamento da laranja cedidos por uma empresa situada em Matão (SP): o melaço, a vinhaça e a água residuária.

 

Embora o melaço e a vinhaça apresentem concentrações mais elevadas de açúcares (40 a 150 g glicose/L), testes preliminares sugerem que a água residuária (12g glicose/L) é a mais indicada para a produção biológica de hidrogênio.

 

“Quando a concentração de substrato é muito elevada, pode ocorrer a inibição do crescimento dos microrganismos que quebram os açúcares em moléculas menores, como ácidos orgânicos e hidrogênio. Existe uma faixa ideal, que parece ser a da água residuária”, disse Maintinguer.

 

Além da glicose, os pesquisadores também encontraram outras fontes de carbono na água residuária, como frutose e ácidos orgânicos, além de impurezas como óleos e detergentes usados no processo industrial.

 

“Fizemos os testes usando a água residuária com todas as impurezas e, mesmo assim, os resultados foram muito promissores. Conseguimos transformar cerca de 65% desse resíduo em hidrogênio. Como os microrganismos usam os nutrientes para crescer e se multiplicar em primeiro lugar, a produção nunca chega a 100%”, explicou a pesquisadora.

 

Os ensaios, em escala de bancada, foram feitos em reatores anaeróbios (frascos de vidro hermeticamente fechados), para evitar que o contato com o oxigênio inibisse a produção da enzima hidrogenase, extremamente importante na produção biológica de hidrogênio.

 

Na água residuária foi inoculado um conjunto de microrganismos de diferentes classes coletado em sistemas de tratamento biológico de esgotos sanitários. De acordo com a pesquisadora, o inóculo também pode ser obtido a partir do próprio lodo formado nos sistemas biológicos de tratamento industrial.

 

Porém, é necessário um pré-tratamento para eliminar as chamadas arqueas metanogênicas, um tipo de microrganismo capaz de consumir o hidrogênio produzido para formar metano, algo indesejável nesse caso.

 

“O processo biológico anaeróbio tem várias etapas e, em cada uma delas, atua uma classe diferente de microrganismo. Os carboidratos são quebrados em açúcares, ácidos orgânicos, acetato, hidrogênio e, se o processo não for interrompido, em metano”, disse a pesquisadora.

 

Para evitar que isso aconteça, o inóculo é submetido a um choque térmico e o pH do meio é reduzido para 5,5. O pré-tratamento causa a eliminação das arquéias metanogênicas, enquanto as bactérias úteis para o processo apenas entram em estado vegetativo, voltando a se multiplicar quando as condições se tornam favoráveis.

 

“É um método fácil e barato e só é necessário fazê-lo uma vez. Depois posso reaplicar o inóculo em outra amostra quando acabar o substrato no reator. Por enquanto, estamos usando apenas a configuração de reator em batelada (frascos com quantidades limitadas onde a reação ocorre até o substrato acabar e depois é preciso reabastecer). O próximo passo é testar em um reator de fluxo contínuo”, disse Maintinguer.

 

Além do hidrogênio, resultam do processo alguns ácidos graxos voláteis – como o ácido butírico e o ácido acético – também passíveis de serem transformados em hidrogênio por bactérias fotoheterotróficas.

 

“Elas consomem esses ácidos na presença da luz e liberam mais hidrogênio, elevando assim o rendimento”, explicou a pesquisadora.

 

Na avaliação de Maintinguer, o Brasil tem um grande potencial para ser referência em tecnologia do hidrogênio e é beneficiado pelo fato de ser um país tropical, com temperaturas médias anuais em torno de 25ºC – favorável ao desenvolvimento de bactérias.

 

“Em países como Holanda e Alemanha é preciso aquecer os reatores para que o processo seja bem sucedido”, comentou.

 

O Ministério de Minas e Energia tem planos para introduzir o hidrogênio na matriz energética do país até 2025, inclusive como combustível automotivo. Uma das metas do governo brasileiro é que, após 2020, toda a produção do gás seja obtida a partir de fontes renováveis.

 

Gheorge Patrick Iwaki

gheorge@tratamentodeagua.com.br

Responsável Técnico

 

 

II Fórum Técnico: Resíduos e Energia

 

Detalhes no link:

http://www.tratamentodeagua.com.br/r10/cursosEventosDetalhes.aspx?codigo=394

13-02-2015