Valorização de resíduos para melhorar o potencial bioquímico de metano de sub-produtos agro-industriais

Abstract

O aquecimento global tem-se revelado um dos problemas ambientais mais graves que estamos a enfrentar no presente, sendo urgente encontrar soluções alternativas aos combustíveis fósseis. Os bicombustíveis apresentam-se como parte dessas soluções, permitindo a redução das emissões de gases de efeito de estufa, enquanto promovem uma economia circular na gestão de resíduos de biomassa.O presente trabalho tem como objetivo testar a influência da utilização de resíduos inorgânicos, cinzas volantes de biomassa (BFA), cinzas de carvão (CFA) e red mud (RM), na digestão anaeróbia (AD) de modo a torná-la mais eficiente. Para avaliar o impacto destes aditivos, foram testadas várias concentrações (desde 0 até 10000 mg L-1) de forma a avaliar a substituição de nutrientes sintéticos. Estes testes operaram com uma razão substrato/inóculo (SIR) de 0,5, uma concentração de sólidos voláteis (VSt) de 20,0 gVS L-1 e um volume de trabalho (WV) de 20%. Através de uma análise estatística (Tukey) concluiu-se que as BFA, quando não são introduzidos nutrientes sintéticos, são o aditivo que mais influência tem no sistema, obtendo-se para a concentração de 10000 mg L-1 um efeito de 110,6 %, correspondendo a uma produção de metano de 260,7 NmlCH4 gVS-1. Com os testes realizados concluiu-se que as cinzas de biomassa poderiam ser utilizadas como fonte de nutrientes. Os testes cinéticos indicam que a produção de metano pode ser descrita através de uma cinética de 1ª ordem, e que os aditivos não têm qualquer impacto na velocidade das reações do processo. De seguida foi aplicado um desenho de experiências (DoE), modelo Full Fatorial, de modo a otimizar a produção de metano. Nestes ensaios foram testadas 3 SIR diferentes (0,5, 1,0, 1,5) e 4 concentrações (0, 2500, 5000 e 10000 mg L-1) mantendo-se as condições anteriores (não utilização de solução de nutrientes). Foi possível concluir a melhor produção (236,4 Nml CH4 gVS-1) foi obtida para SIR 1,0 e 5000 mg L-1 de BFA. A operação de reatores de 5 L, demonstrou que não existe um impacto significativo no aumento de escala, sendo por isso possível aplicar BFA em escalas maiores. Com este trabalho foi possível concluir que a digestão anaeróbia se resíduos de tomate pode beneficiar do recurso as cinzas de biomassa para a produção de energia, evitando a utilização de nutrientes sintéticos.

Global warming has proved to be one of the most serious environmental problems we are currently facing, and it is urgent to find alternative solutions to fossil fuels. Biofuels are presented as part of these solutions, allowing the reduction of greenhouse gas emissions, while promoting a circular economy in the management of biomass waste.The present work aims to test the influence of the use of inorganic residues, biomass fly ash (BFA), coal ash (CFA), and red mud (RM), on anaerobic digestion (AD) to make it more efficient. To assess the impact of these additives, various concentrations were tested (from 0 to 10000 mg L-1) to assess the replacement of synthetic nutrients. These tests operated with a substrate/inoculum ratio (SIR) of 0.5, a volatile solids concentration (VSt) of 20.0 gVS L-1, and a working volume (WV) of 20%. Through a statistical analysis (Tukey) it was concluded that BFA, when synthetic nutrients are not introduced, is the additive that has the most influence on the system, obtaining an effect of 110.6 % at a concentration of 10000 mg L-1, corresponding to a methane production of 260.7 NmlCH4 gVS-1. With the tests carried out, it was concluded that biomass ash could be used as a source of nutrients. Kinetic tests indicate that methane production can be described using 1st order kinetics and that additives have no impact on the rate of process reactions. Then, a design of experiments (DoE) was applied, the Full Factorial model, to optimize the production of methane. In these assays, 3 different SIRs (0.5, 1.0, 1.5) and 4 concentrations (0, 2500, 5000, and 10000 mg L-1) were tested, maintaining the previous conditions (no use of nutrient solution). It was possible to conclude that the best production (236.4 Nml CH4 gVS-1) was obtained for SIR 1.0 and 5000 mg L-1 of BFA.The operation of 5 L reactors has shown that there is no significant impact of scale-up, so it is possible to apply BFA on larger scales. With this work it was possible to conclude that the anaerobic digestion of tomato residues can benefit from the use of biomass ash for energy production, avoiding the use of synthetic nutrients.