O biogás consiste de uma mistura gasosa de combustível obtida pela fermentação anaeróbica da matéria orgânica, formada por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). Pode ser produzido de forma natural quanto artificial, possui conteúdo energético semelhante ao do gás natural e utilizado para a geração de energias mecânica, elétrica e térmica (ROYA et al., 2011). Para a Empresa de Pesquisa Energética, o Brasil apresenta uma matriz de geração elétrica de origem predominantemente renovável, com uma geração interna hidráulica da ordem de 74,0%. Somando as importações, que são essencialmente de origem renovável, pode-se afirmar que, aproximadamente, 86% da eletricidade no Brasil é originada de fontes renováveis. O uso da biomassa residual denota o emprego sustentável de uma fonte de energia e uma excelente diversificação da matriz energética do Brasil, contribuindo com a redução do efeito estufa. De acordo com (ZANETTE, 2009), dentre as tecnologias utilizadas para o aproveitamento da energia da biomassa, a digestão anaeróbica, desenvolvida principalmente com o objetivo de tratar resíduos e efluentes orgânicos, vem sendo cada vez mais utilizada por permitir a recuperação de energia por meio do aproveitamento do biogás e nutrientes, bem como prevenir a poluição ambiental. É importante destacar que sistemas de tratamento de dejetos animais e biomassas com biodigestores são considerados uma alternativa viável por reduzir significativamente a demanda por oxigênio do efluente, tendo como um dos subprodutos o biogás, o qual pode ser convertido em energia elétrica. Além disso, pode produzir biofertilizante, gerando economia na diminuição na aquisição de fertilizantes químicos, bem como reduzir o risco da contaminação dos cursos hídricos. Com isso melhora a qualidade de vida da população, além de propocionar o desenvolvimento sustentável, que preconiza o equilíbrio entre qualidade de vida, desenvolvimento econômico e meio ambiente (CORRÊA et al., 2010). Neste sentido, o aproveitamento da biomassa é uma alternativa que vem se demonstrando muito promissor como fonte de energia, utilizando os recursos disponíveis na agricultura, reduzindo a necessidade de energia proveniente de fontes externas e a consequente transferência de renda. Com a intenção de desenvolver os conceitos relativos ao estudo dos gases de forma interdisciplinar e con¬textualizada, o projeto apresenta uma proposta de aperfeiçoar o Disgestor Anaeróbio (DA) para obtenção de um biogás, melhorando com isso a eficiência da combustão. Além de ser uma ferramenta facilitadora do ensino de conceitos relativos ao estudo dos gases e às leis que regem o comportamento destes (NOVAIS, 1999; REIS, 1993) com o desenvolvimento e o estudo dos fenômenos envolvidos no DA, podem ser discutidos conceitos de física, matemática, biologia e química ambiental e também informações sobre a preservação do meio ambiente. Neste contexto, o projeto tem como objetivo compreender a produção biogás de fontes alternativas por meio de biodigestores anaeróbios para conversão de energia de cozimento . A prática proposta motiva a participação acadêmica e possibilita o trabalho em grupo, a co¬municação e a defesa-argumentação de ideias, favorecendo a articulação ensino-aprendizagem.

Este projeto vem sendo desenvolvido desde 2018 e hoje participam alunos que frequentam os 2° anos do Ensino Médio, do Centro de Excelência Professor Hamilton Alves Rocha, localizado na cidade de São Cristóvão, conjunto Eduardo Gomes e conta também com a colaboração da professora de Biologia. O referido projeto foi realizado nas seguintes etapas: a) construção de um protótipo de biodigestor anaeróbio para produção do biogáss; b) cálculo do rendimento do biogás produzido e c) levantamento de mecanismos de incentivo ao aproveitamento do biogás. A proposta interdisciplinar de produção de biogás a partir de fontes alternativas envolveu conceitos de química e biologia, como: Estudo dos gases, propriedades dos gases, formação de gases obtidos de biomassa, transformação química, cálculos do rendimento do biogás, processo de disgetão anaeróbia. Para montagem do biodigestor anaeróbio, utilizamos materiais alternativos. O experimento foi realizado em escala laboratorial, conforme esquema apresentado na Figura 1. Foi utilizado biodigestor de bancada, compostos de uma garrafa PET de 3L previamente graduadas pelos alunos e uma garrafa 5L, com conexões na parte superior que foram ligadas a coluna contendo algodão, para remoção da umidade e em seguida conectada a coluna de água para remoção do gás carbônico e outra coluna com lã de aço e esta por meio da mangueira se conecta com ao bico de busen, utilizado como fonte de calor para aquecimento das substâncias. Essas foram conectadas com mangueiras semi-flexíveis e vedadas com cimento cola tipo epóxi. A garrafa de 5L foi utilizada como recipiente de biomassa, ou seja, recipiente onde ocorre a fermentação e produção do gás, já as garrafas de PET de 3L foi utilizada para purificação do gás, para remoção do gás carbônico, formado durante a produção do biogás. Este sistema de purificação, consiste de uma coluna de água contendo solução saturada de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2. Para remover a umidade e a remoção do gás sulfídrico (H2S) foi utilizado duas garrafas de pequenas de 250 mL, contendo algodão e lã de aço. Para produção de biogás foi utilizada 1000 g de biomassa de palha de milho, bagaço da cana de açúcar e mesocarpo do coco misturado com 2000 mL de água destilada, totalizando 3000 g e o pH=6-7. Para aumentar a temperatura, o sistema foi envolvido com filme black-out preta. A produção do gás foi observada no intervalo de 15 dias. Para garantir a ausência de vazamento de gás, foi realizado previamente os testes com todas as conexões entre as garrafas PET, utilizando o teste de espuma com o auxílio de uma esponja e detergente. Foi observado que o sistema não tinha vazamento, garantindo a eficiência na produção do biogás.

Potencial aplicação do biogás para conversão de energia de cozimento

Cidades e Comunidades Sustentáveis

Biogás, Biomassa, Mesocarpo do coco, Sustentabilidade

PATRICIA FERNANDA ANDRADE (Coordenador da Equipe)
Katia Figueroa Daltro (Professor Colaborador)
Kaique de Jesus Santos (Aluno Capitão)
Júlia Sibelly Matos Santos (Aluno)
Vitor Daniel Rodrigues Oliveira (Aluno)

Centro de Excelência Professor Hamilton Alves Rocha, São Cristóvão-SE

Dentre as tecnologias utilizadas para o aproveitamento da energia da biomassa, a digestão anaeróbia é um processo conhecido há muito tempo e desenvolvido principalmente com objetivo de tratar efluentes orgânicos, resíduos domésticos, industriais e agropecuários, vem sendo cada vez mais utilizado por permitir a recuperação de energia por meio do aproveitamento do biogás, prevenindo a poluição ambiental por estes dejetos. O projeto foi desenvolvido por professores e alunos dos 2° anos do ensino médio, cuja proposta foi compreender a produção biogás de fontes alternativas por meio de biodigestores anaeróbios para conversão de energia de cozimento.

Com o uso do biodigestor e o estudo dos fenômenos nele envolvidos permitem desenvolver a capacidade dos alunos de refletir de forma crítica e imaginativa, buscando desta forma estimular a atividade cognitiva do aluno do Ensino Médio, contextualizando o assunto por meio da apresentação do instrumento e do seu funcionamento de forma a complementar o conteúdo teórico visto em sala de aula. A produção do biogás a partir da biomassa bagaço de cana de açúcar foi acompanhada diariamente durante 15 dias. Para determinar a quantidade de biogás produzido, foi marcada no início do experimento a altura da coluna de água das garrafa coletora que estavam previamente graduadas. Os resultados mostraram que após esse periódo foi observado um pequeno deslocamento vertical da água. Os resultados mostraram que a produção de biogás a partir de 1000 g da biomassa bagaço da cana de açúcar , não foi possível aquecer uma massa de água de 100 g com o volume do biogás obtidos para a biomassa de esterco de equino, como apresentados em trabalhos anteriores do grupo de pesquisa. O mesmo estudo será realizado com as biomassas da palha de milho e mesocarpo do coco. É importante destacar que não foi possível medir o volume do biogás produzido, visto que a garrafa onde continha a coluna de purificação estava graduada a cada 100 mL e foi observado um valor inferior, neste sentido, não podemos afirmar o volume exato, mais estimar para valor inferior a 100 cm3.

Estudos em andamento estão sendo realizados respeitando as proporções de biomassa dos residuos agroindustriais e modificando o protótipo do biodigestor aneróbio, incluido duas colunas de purificação do biogás, a primeira coluna empacotada com algodão, que consiste na remoção da umidade do biogás e a outra coluna empacotada com lã de aço para remoção do gás sulfídrico. Espera-se obter um biogás mais puro, melhorando assim a eficiência da combustão e desta forma favorecer o cozimento do alimento. Além disso, considerando a influência da temperatura no processo de biodigestor na produção de biogás, a garrafa PET de 5 L que antes era envolvida com fita crepe preta, trocamos para filmes black out, para manter a temperatura e com isso melhorar a eficiência da produção do biogás. Os experimentos com as biomassas da palha de milho, bagaço de cana de açúcar e mesocarpo do coco estão em andamento com as modificações supracitadas. Apesar da remoção do gás carbônico por meio do sistema de purificação, utilizando uma coluna de água com hidróxido de cálcio, que consiste na formação de carbonato de cálcio, que ocorre quando o hidróxido de cálcio presente na água reage com o gás carbônico presente na mistura gasosa produzida. Dentro deste contexto, ainda é desafiador o processo de purificação do biogás. Para verificação da formação do biogás, foi realizado também a queima do gás combustível acumulado. Os gases coletados foram submetidos a um teste de inflamabilidade, verificando a formação de chama com fósforo de segurança aceso. Neste momento, foi discutido sobre os fenômenos envolvidos e apresentado os conceitos associados à preservação ambiental e ao combustível alternativo, com discussões sobre práticas do cotidiano para uma sociedade responsável pelo meio ambiente. Um dos parâmetros controlado na produção de biogás foi o nível de acidez do inóculo, ou seja, da biomassa, que deve ser mantido entre 6 – 7. Para o controle do pH da biomassa do bagaço da cana de açúcar, foi determinado o pH inicial com uma fita medidora de pH, o valor encontrado foi em torno de 6,5, e a cada três dias era medido, durante 15 dias, sendo que, neste período não foi observado alteração do pH. Esse controle de pH é fundamental para a eficiência das enzimas presentes nas bactérias que agem na quebra das macromoléculas, produzindo ácidos orgânicos de cadeias pequenas (bactérias acetogênicas) e aquelas que produzem metano a partir desses ácidos (bactérias metanogênicas). .

O experimento realizado a partir da construção do biodigestor para obtenção de biogás, demostrou que a produção de combustível a partir das biomassas, palha de milho, bagaço de cana de açúcar e mesocarpo de coco pode ser uma alternativa viável na obtenção de combustível alternativo e, dessa forma, auxiliar na diminuição dos impactos ambientais causados pelo consumo de combustíveis fósseis e pelo descarte de resíduos da criação de animais em áreas rurais. A produção do biogás apresentado pela biomassa do bagaço da cana de açúcar e foi inferior a 100 cm3. Para aumentar o rendimento do biogás produzido, o protótipo passou por modificações, que foi a inserção de duas colunas de purificação do biogás. Dentro deste contexto, foi possível também desenvolver as habilidades e a capacidade criativa dos alunos, por meio da contextualização do assunto de química, relacionando de forma interdisciplinar os conteúdos do Ensino Médio, favorecendo com isso a renovação das metodologias e diminuindo as limitações das aulas tradicionais. Assim, o efetivo aproveitamento energético do biogás requer, inicialmente, o estabelecimento de metas claras para a elaboração e direcionamento das políticas, além da coordenação entre os órgãos responsáveis pelas políticas energéticas, ambientais, agrícolas e de desenvolvimento urbano para a definição das atribuições de cada um. Biodigestores modificados contendo diferentes biomassas (palha de milho, cana de açúcar e mesocarpo do coco foram montados e espera-se obter produção de biogás em quantidades superiores ao obtido pela biomassa de origem animal. Como propostas futuras, será utilizada biomassa de esterco de galinha e suíno,. Além disso, pretende-se ampliar o sistema de armazenamento, substituindo garrafas de 5 L por 20 L e desta forma espera-se aumentar a quantidade de biomassa para gerar mais biogás e produzir energia suficiente para o cozimento de alimento durante a preparação da merenda escolar.

CORRÊA, C.C., LISTON, R.F., BARBOS, A.C., SILVA, C.P., ARCZSZ, S.S. Gestão pública e desenvolvimento sustentável: a importância da implantação de plano diretor no ato de criação de um município. In: 48º Congresso da Sociedade Brasileira de Economia, Administração e Sociologia Rural - SOBER, Campo Grande, 25 a 28 de julho de 2010. Empresa de Pesquisa Energética. 2010. Balanço Energético Nacional 2011. Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro: EPE, 2010. NOVAIS, V. Química. São Paulo: Atual, 1999. ROYA, B., FREITAS, E., BARROS, E., ANDRADE, F., PRAGANA, M., SILVA, D.J.A. Biogás: uma energia limpa. Revista Eletrônica Novo Enfoque. PUC-RJ. v. 13, n. 13, 2011. REIS, M. Química Integral. São Paulo: FTD, 1993. ZANETTE, André Luiz. Potencial de Aproveitamento Energético do Biogás no Brasil. Dissertação (Mestrado em Planejamento Energético) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Rio de Janeiro, 97p. 2009.