O que é digestão anaeróbica?
A digestão anaeróbica é um processo biológico pelo qual as bactérias decompõem o material orgânico em compostos mais básicos, sem a necessidade de oxigênio como componente do processo. Acredita-se que essas bactérias tenham aparecido na Terra há aproximadamente 3.800.000.000 de anos e eram a forma de vida dominante no planeta antes que as plantas aparecessem. Como a vida das plantas surgiu há cerca de 3.200.000.000 de anos atrás, a digestão anaeróbica continuou em ambientes naturais onde o oxigênio estava ausente, como pântanos, solos encharcados de água e no solo constantemente coberto por água como lagos e rios. Os processos biológicos da digestão anaeróbica exigem que vários tipos de bactérias decomponham a matéria orgânica em uma série de quatro etapas, incluindo hidrólise, fermentação, acetogênese e metanogênese.
A partir de 2011, o principal uso da digestão anaeróbica pela indústria humana é produzir gás metano para geração de combustível e eletricidade. Isso é feito em instalações de tratamento de resíduos que processam resíduos agrícolas, como esterco ou lixo municipal. A indústria cervejeira também conta com digestão anaeróbica para decompor subprodutos orgânicos da produção de cerveja em combustível de metano, que de outra forma precisaria ser descartado pelos sistemas municipais de tratamento de águas residuais.
O processo de digestão anaeróbica na natureza também é fundamental para gerar uma forma de energia renovável conhecida como gás natural. Embora o gás natural seja um combustível fóssil, ele consiste em cerca de 80% de metano, juntamente com outros gases relacionados, como propano e butano, e é mais facilmente gerado pela terra do que outros combustíveis fósseis, como o petróleo. É um combustível fóssil que muitas vezes é depositado ao lado de outros combustíveis fósseis, como carvão e petróleo.
Reatores industriais de biomassa que processam resíduos de biomassa como esterco para gerar combustível geralmente produzem menos gás metano como porcentagem em volume do que o contido no gás natural. A produção típica de um volume definido de biogás de um digestor é de 50% a 80% de metano, com uma quantidade significativa de gás residual na forma de dióxido de carbono de 20% a 50%. Outros gases vestigiais também são gerados no processo que têm algum valor comercial, como hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, e gases tóxicos dos quais devem ser descartados com segurança também são gerados, incluindo sulfeto de hidrogênio e monóxido de carbono.
Os processos biológicos necessários para que a digestão dos resíduos ocorra efetivamente podem ser complexos e dependem de condições estritamente controladas. A temperatura é uma grande preocupação no processo, pois as bactérias que decompõem os resíduos prosperam melhor em diferentes níveis. Algumas bactérias são mesofílicas, prosperando a uma temperatura moderada de 98,7 Fahrenheit (36,7 ° Celsius), e outras são termofílicas e prosperam a uma temperatura ótima mais alta de 54,4 ° Celsius.
As condições devem ser alteradas para temperatura, pH e outros fatores como a proporção água versus sólido da mistura de biomassa e a proporção carbono / nitrogênio, pois o material orgânico também é quimicamente degradado. Os dois principais tipos de bactérias usadas na digestão anaeróbica são as bactérias acetogênicas e metanogênicas e, embora sejam usadas em conjunto, cada uma tem condições de vida únicas sob as quais prosperam. Bactérias acetogênicas produzem o acetato químico durante a digestão anaeróbica e bactérias metanogênicas produzem metano.
O material de biomassa é levado por quatro estágios para uma recuperação eficaz do metano. O estágio de hidrólise usa água para decompor sólidos ou semi-sólidos em compostos mais simples e, em seguida, fermentação ou acidogênese são usadas para quebrar as estruturas da cadeia de carboidratos em compostos mais básicos, como amônia, hidrogênio e ácidos orgânicos. A acetogênese é então usada como a terceira etapa do processo, onde as bactérias acetogênicas convertem os ácidos orgânicos em ácido acético, juntamente com outros subprodutos, como hidrogênio e dióxido de carbono. A etapa final da metanogênese usa bactérias metanogênicas para combinar esses produtos finais primários de acetato, hidrogênio e dióxido de carbono em metano, que pode ser usado como combustível.