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Na história da engenhosidade humana, muitas invenções e tecnologias são inspiradas por fenómenos que ocorrem naturalmente. Os comboios mais rápidos e eficientes do mundo — os comboios Shinkansen do Japão — movem-se a mais de 186 milhas por hora. Para eliminar os estrondos sónicos que tal velocidade produz, os designers otimizaram os comboios para se assemelharem ao bico alongado do Guarda-rios, uma vez que esta ave voa e nada com muito pouca agitação na água. Da mesma forma, aqueles que projetam turbinas eólicas do século XXI usam barbatanas de baleia como modelos: os mamíferos desajeitados são, no entanto, os nadadores, saltadores e mergulhadores mais graciosos dos mares devido à natureza serrilhada das suas barbatanas. A decomposição da matéria orgânica acontece na natureza o tempo todo. Sempre que flora morta, fauna, folhas caídas, aparas de relva abandonadas, estrume de gado, resíduos alimentares e esgoto são selados do oxigénio — como num aterro sanitário ou pilha de compostagem — estas substâncias estão sujeitas à digestão anaeróbia. Decomposta por formações bacterianas, esta matéria desintegrada liberta gás metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂). Reconhecendo o valor económico e ambiental de aproveitar o metano para energia, os cientistas desenvolveram máquinas para replicar e acelerar a digestão anaeróbia. Estas são por vezes chamadas de biodigestores.
A digestão anaeróbia passa por quatro etapas para chegar ao metano. HIDRÓLISE — a matéria orgânica consiste em polímeros, cujas ligações químicas são quebradas pelas bactérias para formar açúcares simples, aminoácidos e ácidos gordos. ACIDOGÉNESE — os subprodutos da hidrólise são ainda mais desconstruídos por bactérias fermentativas. Os produtos finais da acidogénese são ácidos gordos voláteis, amoníaco, CO₂ e sulfureto de hidrogénio. ACETOGÉNESE — os compostos são decompostos ainda mais para libertar ácido acético, bem como CO₂ e hidrogénio. METANOGÉNESE — os resíduos das reações precedentes são convertidos em metano, dióxido de carbono e água. Juntos, compõem o que é conhecido como biogás. O biogás é frequentemente processado após a produção para remover contaminantes e outras substâncias químicas que impediriam o seu desempenho.
Um biodigestor, ou ecodigestor, é um tanque que não permite a entrada de oxigénio (O₂). Ele faz o que a natureza faz com estrume, compostagem, etc., exceto que esses materiais — ou substrato — sofrem privação imediata de O₂, incitando reações químicas no biodigestor. Primeiro, o substrato é recebido e recolhido, após o que pode passar por um pré-tratamento para facilitar o processo. Uma vez assegurada a sua posição no próprio digestor, a matéria orgânica passa então pelas quatro fases acima mencionadas. Quando os microrganismos terminam o seu trabalho, o biogás é separado do digestato, ou seja, a matéria sólida que permanece.
Porque o biogás é usado para gerar eletricidade, por um lado, e também para combustível veicular e aquecimento, existem diferentes esquemas para a sua produção anaeróbia. Digestores de lagoa anaeróbia coberta — a matéria orgânica deposita-se numa grande piscina fechada coberta com uma cobertura flexível. Digestores de fluxo em pistão — funcionam melhor quando o substrato, por exemplo, estrume de vaca, é raspado de grelhas de piso, como numa instalação leiteira. Digestores de mistura completa — muitas vezes um tanque acima do solo, fechado e aquecido com um sistema hidráulico para mistura de gás, assente sobre uma fundação de betão. Reatores de manta induzida — operam com base no princípio da digestão de lodo. Forma-se uma manta de sedimento que mantém as bactérias necessárias para a digestão anaeróbia.
A digestão anaeróbia separa o biogás do substrato, deixando algo chamado digestato. Este pode ser mais fibroso ou mais parecido com chorume — como muito digestato agrícola. Na maioria das vezes, é aplicado como fertilizante, como condicionador de solo, com bons resultados. O digestato é também um componente de certos compósitos plásticos, bem como de cama para o gado. Não precisam de ser grandes — sistemas de biodigestores de pequena escala servem residências, restaurantes e pequenas explorações agrícolas, demonstrando que os benefícios da digestão anaeróbia são acessíveis em todas as escalas.
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