Avaliação do uso de nanopartículas no processo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos orgânicos

Abstract

O território brasileiro é o lar de quase todos os tipos possíveis de fontes primárias para produção de energia. Nos últimos anos, o país avançou significativamente quando comparado a outros países em desenvolvimento na busca por níveis mais baixos de emissões de carbono. Nessa perspectiva, fontes não convencionais, como o biogás, acabaram ganhando maior atenção em sua participação na matriz energética brasileira. No entanto, o uso do biogás tende a avançar ainda mais no Brasil, principalmente devido à enorme disponibilidade e diversidade de resíduos orgânicos. O uso desses resíduos para a geração de eletricidade, calor e biocombustíveis estão entre as melhores práticas para a produção de energia limpa e totalmente sustentável. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do uso de nanopartículas de ferro na produção de biogás a partir do processo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos orgânicos, em especial, os provenientes da Central de Abastecimento de Campinas. As principais etapas do processo foram avaliadas e buscou-se otimizá-las através da adição de aditivos minerais na forma de nanopartículas, a fim de aumentar a produção de biogás e, consequentemente, a eficiência deste como fonte alternativa de energia. Nanopartículas a base de óxido de ferro foram utilizadas devido às suas propriedades intrínsecas favoráveis ao metabolismo dos microrganismos. As nanopartículas foram sintetizadas em laboratório e seu uso foi avaliado experimentalmente, tendo como foco os produtos produzidos durante as etapas da digestão anaeróbia. A partir dos resultados obtidos foi possível avaliar o potencial de produção de biogás a partir de resíduos sólidos orgânicos provenientes de Centrais de Abastecimento e a influência das nanopartículas de óxido de ferro nas etapas do processo de digestão anaeróbia, em especial, na acidogênese e acetogênese. Nos ensaios com adição de nanopartículas de óxido de ferro, utilizando teores de inóculo e de umidade de 7% e 42%, respectivamente, e temperatura de 34 °C um aumento de 55,53% na conversão de substrato e uma redução de 90,65% na concentração final de sólidos foram observados quando comparados aos ensaios sem adição de nanopartículas, nas mesmas condições operacionais. Os resultados obtidos nesse estudo podem, portanto, ser de grande interesse para as cidades que contam com Centrais de Abastecimento, uma vez que existe um consenso de que a busca por soluções alternativas e sustentáveis para a produção de energia – que apoiem a transição de uma matriz fóssil para uma renovável, diversificada e com foco no uso de recursos locais – é essencial, principalmente, após um cenário de crise.

The Brazilian territory is home to almost every possible type of primary source for energy production. In recent years, the country has advanced significantly when compared to other developing countries in the search for lower levels of carbon emissions. In this perspective, non-conventional sources, such as biogas, have ended up gaining more attention in their participation in the Brazilian energy matrix. However, the use of biogas tends to advance even further in Brazil due to the enormous availability and diversity of organic waste. The use of these residues for the generation of electricity, heat, and biofuels is among the best practices to produce clean and sustainable energy. Within this context, this work aimed to evaluate the influence of the use of iron nanoparticles in the production of biogas from the process of anaerobic digestion of organic solid waste, especially from the Supply Center of Campinas. The main steps of the process were evaluated, and attempts were made to optimize them by adding mineral additives in the form of nanoparticles to increase biogas production and, consequently, its efficiency as an alternative energy source. Iron oxide-based nanoparticles were used because of their intrinsic properties favorable to the metabolism of microorganisms. The nanoparticles were synthesized in the laboratory and their use was experimentally evaluated, focusing on the products produced during the steps of anaerobic digestion. From the results obtained, it was possible to evaluate the potential of biogas production from organic solid waste from Supply Centers and the influence of iron oxide nanoparticles in the steps of the anaerobic digestion process, especially in acidogenesis and acetogenesis. In the tests with the addition of iron oxide nanoparticles, using inoculum and moisture contents of 7% and 42%, respectively, and a temperature of 34 °C, a 55.53% increase in substrate conversion and a 90.65% reduction in final solids concentration were observed when compared to the tests without the addition of nanoparticles, under the same operating conditions. The results obtained in this study can therefore be of great interest to cities that have Supply Centers since there is a consensus that the search for alternative and sustainable solutions for energy production – which support the transition from a fossil to a renewable matrix, is diversified and focused on the use of local resources - is essential, especially after a crisis scenario.