Integração de subprodutos do setor sucroalcooleiro e da pecuária para a recuperação energética do biogás e a produção de biofertilizantes em reator do tipo CSTR

Abstract

O Brasil é destaque no cenário agroindustrial global, impulsionado pelas cadeias sucroenergéticas e pecuárias. No entanto, a produção em larga escala gera passivos ambientais, como a vinhaça, a torta de filtro, os dejetos bovinos e resíduos de curtume. A disposição consumida desses materiais contribui para a emissão de gases de efeito estufa (GEE), como o metano (CH4). Nesse contexto, a digestão anaeróbia (DA) surge como uma tecnologia para reduzir a pegada energética e ambiental desses setores, convertendo biomassa em energia limpa e renovável. A lacuna central deste estudo reside na avaliação da estabilidade operacional e da sinergia energética de um sistema que integra esses quatro resíduos diferentes, simulando inclusive as flutuações sazonais da entressafra canavieira. O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho da co-digestão anaeróbia integrando vinhaça, torta de filtro, descarte bovino e eliminação de curtume no reator CSTR, maximizando a eficiência na produção de biogás e a estabilidade do sistema biológico. O trabalho foi feito em um protótipo de reator de mistura completa (CSTR) com volume útil de 5 litros, operado em regime mesofílico (35°C) e mecânica mecânica controlada. O experimento foi dividido em cinco fases operacionais com carga orgânica volumétrica (COV) constante: Fase I (vinhaça pura); Fase II (vinhaça e exclusão de curtume); Fase III (vinhaça, eliminação de curtume e torta de filtro); Fase IV (vinhaça, extração de curtume, torta de filtro e jato bovino); e Fase V (simulação de entressafra com substituição de vinhaça por água com torta de filtro e dejeto bovino). O monitoramento envolve parâmetros como pH, alcalinidade, DQO, carboidratos, sulfato, série de sólidos e produtividade gasosa como vazão e concentração de metano. Os resultados demonstraram que a mono-digestão da vinhaça (Fase I) é limitada pela baixa concentração de metano (12,73%) e instabilidade de pH. A transição para a codigestão promoveu um equilíbrio nutricional superior. A Fase III foi uma fase em que se iniciou o processo de estabilização do reator com a inserção da torta de filtro. A Fase IV apresentou o melhor desempenho operacional, atingindo uma concentração média de metano de 55,60%. A inclusão do dejeto bovino e da torta de curtume foi determinante para elevar a capacidade do filtro de tamponamento (alcalinidade) do sistema, permitindo a digestão da eliminação de curtume sem inibições por sulfetos ou metais. Na Fase V, o reator declarou resiliência ao manter a estabilidade metanogênica (51,64%) mesmo na ausência de vinhaça, comprovando a previsão do sistema durante a entressafra. Esta pesquisa demonstra que a co-digestão em reatores CSTR é possível. Além da recuperação de energia, a estratégia influenciou positivamente a composição do digestato, resultando em um biofertilizante estabilizado, rico em potássio e micronutrientes, em conformidade com as principais disposições da Resolução CONAMA 498/2020. Assim,o trabalho demonstra a importância da sinergia entre as cadeias sucroenergéticas e pecuárias como pilar para a economia circular e para a descarbonização do setor agrossilvipastoril nacional.