Publicado em 23 de janeiro de 2025 por Mecânica de Comunicação

Casca de arroz pode ser usado como substrato para produção de bio-hidrogênio

O Hidrogênio (H₂), como transportador de energia neutro em carbono, pode facilitar a descarbonização de certas atividades emissoras de carbono. Não só o H₂ tem rendimento de energia de 122 Kj g ^-1, que é 2,75 vezes maior do que a energia à base de hidrocarbonetos e produz energia emitindo vapor d’água. O H₂ também pode ser considerado limpo e sustentável, porém a produção de H₂ com base fóssil está liberando de 70 a 100 milhões de toneladas de CO₂ anualmente na Europa.

Nesse contexto, o H₂ renovável ou Bio-Hidrogênio (Bio-H₂) pode superar os obstáculos econômicos e tecnológicos. Assim, o critério de sustentabilidade poder ser atendido pela adoção de processos biológicos para sua produção e a substituição de matéria-prima fóssil por recursos renováveis ou resíduos orgânicos.

Os processos mais promissores para a produção de Bio-H₂ envolvem biofotólise direta da água por algas verdes, biofotólise indireta da água por cianobactérias, fotofermentação por bactérias fotossintéticas e fermentação escura por bactérias anaeróbias estritas ou facultativas.

A fermentação escura (FE) ganhou atenção significativa devido ao alto rendimento, tempo de reação limitado e capacidade de utilizar uma ampla gama de resíduos de material orgânico como matéria-prima. Ela consiste na conversão de açúcares simples, puros ou naturalmente contidos nos resíduos orgânicos, em hidrogênio, dióxido de carbono e ácidos orgânicos a partir de microrganismos na ausência de oxigênio. As bactérias anaeróbias, estritas ou facultativas, utilizadas para produção de H₂ podem ser culturas puras (Clostridium e Enterobacter) ou mistas (provenientes de lodo anaeróbio, esterco bovino, composto orgânico, resíduos sólidos urbanos ou solo).

Além dos benefícios duplos de geração de energia limpa e gerenciamento de resíduos que podem ser alcançados quando resíduos orgânicos tais como as biomassas lignocelulósicas, são usados como substratos. Uma das principais restrições ao processo de fermentação escura para a produção de H₂ é o baixo rendimento (4mols de H₂ por mol de glicose ou 3,33 mols de H₂ por mol de xilose) em comparação aos processos químicos ou eletroquímicos existentes.

A biomassa lignocelulósica é a matéria-prima mais abundante e possui uma estrutura completa composta principalmente por três polímeros (celulose, hemicelulose e lignina), além de cinzas e extrativos. A celulose é o principal componente estrutural da célula vegetal, é um polímero natural de alto peso molecular composto de unidade de glicose. A hemicelulose é o segundo polímero, é ramificado de pentoses, hexoses e ácido urônico. A lignina é o terceiro polímero mais abundante na natureza e contém uma grande estrutura molecular complexa quem contêm polímeros aromáticos reticulados de monômeros fenólicos.

O objetivo do pré-tratamento da biomassa lignocelulósica é quebrar o selo da lignina, liberar moléculas de celulose na solução, quebrar a estrutura cristalina da celulose e auxiliar na despolimerização para aumentar a hidrólise e a produção de Bio-H₂.

No caso da casca de arroz, os componentes da celulose e da hemicelulose são incorporados à rede de lignina que consiste em camadas de polissacarídeos que evitam a hidrólise enzimática. Assim, para expor a celulose e a hemicelulose à ação enzimática e, posteriormente, aumentar a eficiência da bio-conversão, a rede de lignina deve ser removida com o pré-tratamento adequado. A eficiência do pré-tratamento depende fortemente de suas condições operacionais, incluindo temperatura, tempo de retenção, concentração e relação de sólido/líquido (S/L). O pré-tratamento com ácido diluído é um dos mais amplamente realizados para biomassas lignocelulósicas.

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado Produção de bio-hidrogênio a partir da casca de arroz via processo de fermentação escura, defendida por Lizet Miriam Guevara Roman, no Curso de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Área de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), sob orientação do professor Victor Alcaraz-González.