Publicado em 24 de agosto de 2023 por Mecânica de Comunicação

Vinhaça pode ser usada como substrato para produção sustentável de hidrogênio

O hidrogênio possui um rendimento energético 2,75 vezes maior do que combustíveis derivados de petróleo (gasolina e diesel) e um poder calorífico inferior 122 kJg^-1 a 25°C e 1 atm, sendo 50% mais eficiente do que a gasolina em automóveis. As vantagens da utilização deste gás como fonte de energia estão relacionadas com diversificação da produção de energia e segurança no fornecimento, diminuição da poluição urbana e, diminuição dos gases do efeito estufa.

A obtenção de hidrogênio pode ser feita por vários processos, entre eles, destacam-se os processos fermentativos, utilizando diversos tipos de substratos orgânicos e resíduos industriais, tais como sacarose, xilose, amido, celulose, glicerina, vinhaça, entre outros, reduzindo a quantidade de descarte destes no meio ambiente. O substrato ideal para a produção sustentável de hidrogênio é aquele que possui elevado conteúdo de carboidratos, requer pré-tratamento mínimo, seja um recurso renovável como resíduo industrial e apresente baixo custo.

O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de etanol a partir da cana. A produção deste combustível gera uma alta quantidade de resíduos. O principal é a vinhaça produzida na proporção de 15 litros por litro de álcool. A vinhaça possui elevada Demanda Química de Oxigênio (DQO), entre 17 e 50 g. L^-1, e grandes concentrações de fósforo e potássio sendo este resíduo normalmente utilizado como fertilizante no próprio cultivo da cana. Devido ao grande volume de vinhaça produzido a cada safra, impõe-se a necessidade de que sejam desenvolvidas alternativas para este material.

Uma alternativa para a utilização da vinhaça é a digestão anaeróbia, onde este substrato pode ser convertido por diversos tipos de microrganismos. Vários microrganismos podem atuar isoladamente ou em associação, na produção de hidrogênio e outros co-produtos. Entre os principais microrganismos produtores de hidrogênio descritos na literatura, encontramos os gêneros Clostridium, Klebsiella, Enterobacter e diversas espécies de Bacillus. Estes microrganismos podem ser obtidos na natureza em consórcios microbianos de fontes naturais de inóculo, como por exemplo: amostras de solo, lodo de digestão anaeróbia, águas residuais de tratamento de esgoto, aterro sanitário doméstico, entre outros.

Pode-se usar em processos biológicos a técnica de bioaumentação para melhorar a produção de hidrogênio, esta técnica consiste na adição de microrganismos, pré-selecionados como produtores de hidrogênio, em biorreatores para beneficiar a produção deste gás. A bioaumentação é um processo de aplicação de organismos de natureza selvagem ou organismos geneticamente modificados em locais de resíduos perigosos poluídos ou biorreatores, a fim de acelerar a remoção de compostos indesejados.

A produção de H₂ por meio de bactérias fermentativas permite a geração de hidrogênio de modo contínuo, em ritmo sustentado e em um curto intervalo de tempo, gerando ainda subprodutos intermediários de valor agregado. Entre os principais coprodutos derivados das rotas metabólicas microbianas estão os ácidos acético e butírico, outros ácidos também são formados de acordo com a linhagem microbiana, substrato e tipo de processo fermentativo e podem se tornar valiosos substratos para produtos finais mais elaborados.

A produção biológica de hidrogênio a partir de biomassa por fermentação anaeróbia é um processo de baixo custo e que utiliza materiais residuais como substrato, minimizando a produção de resíduos e contribuindo para a diversificação da matriz energética.

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado Produção de hidrogênio por culturas isoladas de Bacillus cereus, Enterococcus faecalis e Enterobacter aerogenes a partir de vinhaça de cana de açúcar, defendida por Ana Silvia Eder, no Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Ambientais da Universidade de Caxias do Sul, sob orientação da professora Suelen Paesi.