Screening of process conditions for the production of biogas from diluted organic waste streams using microreactors

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

A utilização das energias renováveis tem vindo a aumentar nos últimos anos devido à diminuição do crude e dos seus efeitos negativos para o planeta (efeito estufa). Alternativas a esta fonte de energia são necessárias. Existem várias alternativas designadas verdes aos combustíveis fósseis, nomeadamente, energia do vento, energia solar e energia proveniente de biomassa. O biogás (maioritariamente composto por metano e dióxido de carbono) apresenta ser uma alternativa viável por dois motivos: a sua combustão não contribui para o aumento do efeito estufa (ciclo de carbono é completo) e os resíduos sólidos da biomassa digerida durante a digestão anaeróbia podem ser utilizados como fertilizantes para agricultura. Apesar da produção de biogás em digestores anaeróbios ser um processo bastante conhecido, existe espaço para novos avanços pois embora os reatores estejam bem descritos em termos de população microbiana o estabelecimento dessa população permanece pouco conhecido. Neste sentido interessa compreender a complexidade do sistema anaeróbio de forma a obter um maior rendimento de biogás. Isto passará por determinar quais as populações microbianas envolvidas em diferentes condições de digestão. Prevendo-se que principalmente a temperatura, o substrato e o inóculo terão maior influência nas espécies e o número de indivíduos presentes no digestor. Neste estudo tentou-se cultivar microrganismos responsáveis pela digestão anaeróbia em culturas puras e desconhecidas para a produção de biogás. Os Archaea que foram utilizados nas culturas puras foram Methanosarcina mazei, Methanococcus maripaludis and Methanospirillum hunatei. As culturas com microrganismos não conhecidos partiram duas lamas de estações de tratamento de águas residuais em regime mesófilico Garmerwolde e Lelystad, ambas no norte da Holanda. Os meios de cultura e as culturas puras utilizadas foram da Deutsche Sammlung von mikroorganismen und Zelkulturen (DSMZ). O crescimento das culturas metanogénicas foi monitorizado através da turbidez medindo a absorvância da amostra ao comprimento de onda de 600nm no espectrofotómetro. Para a determinação do consumo de substrato e produção do produto foram analisadas amostras usando cromatografia líquida de alta pressão (HPLC) e cromatografia gasosa (GC), respetivamente. A verificação da presença de organismos produtores de metano foi feita recorrendo à microscopia de fluorescência com excitação a 350 nm e filtro de emissão a 460 nm. Os resultados obtidos mostraram que não foi possível crescer os microrganismos em culturas puras com os equipamentos usados, contudo o crescimento em câmara anaeróbia e mistura de gases apropriada poderá solucionar o problema. Por outro lado, o cultivo de uma população desconhecida foi possível e produziu-se metano. O fato de existirem microrganismos na população desconhecida que sejam anaeróbios facultativos permite a eliminação do oxigénio na cultura, permitindo, em condições menos favoráveis o crescimento de microrganismos anaeróbios. A presença de microrganismos anaeróbios responsáveis pela produção de metano foi confirmada pelas observações ao microscópio de fluorescência- fluorescência azul. A deteção de metano foi possível através de cromatografia gasosa, contudo a correta e replicável quantificação de metano não foi possível por motivos técnicos. A resolução destes problemas técnicos vai para além do objetivo deste trabalho. Para solucionar os problemas encontrados para a produção de biogás nas condições laboratoriais existentes sugere-se um sistema contínuo ao invés de um sistema descontínuo.