Utilização de biodigestores como alternativa para o tratamento de dejetos oriundos
da produção animal
Tainá Silvestre Moreira1, Roberta Ferreira Carvalho 1, Eduardo Cuelar Orlandi
Cassiano1, Diana Carolina Zapata Vazquez1, Ricardo Galbiatti Sandoval Nogueira1,
Lizbeth Collazos Paucar2, Flavio Perna Junior1, Paulo Henrique Mazza Rodrigues3
1
Alunos de pós-graduação do Departamento de Nutrição e Produção Animal FMVZ/USP, Av. Duque de Caxias Norte, 225, CEP:13635-900, Campus de
Pirassununga-SP.
2
Aluna de Doutorado da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos
FZEA/USP, Av. Duque de Caxias Norte, 225, CEP:13635-900, Campus de
Pirassununga-SP
3
Professor do Departamento de Nutrição e Produção Animal e Bolsista em
Produtividade de Pesquisa do CNPq – VNP/FMVZ/USP, Av. Duque de Caxias Norte,
225, CEP:13635-900, Campus de Pirassununga-SP.
INTRODUÇÃO
O Brasil ocupa posição de destaque na produção pecuária, sendo importante
fornecedor de proteína animal para a população mundial. Apesar de sua importância, a
pecuária brasileira, vem sendo criticada por emitir quantidades significativas de gases
de efeito estufa (GEE). Grande parte dessa emissão é oriunda da fermentação entérica e
dos dejetos gerados durante o processo de produção, sendo responsáveis pela emissão
principalmente de metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e dióxido de carbono (CO2)
Em sistemas de produção intensiva, além do impacto ambiental gerado pela
emissão dos GEE outros fatores são relacionados ao acúmulo de dejetos, como a
geração de resíduos líquidos com altas concentrações de carga orgânica. A pecuária
também exerce um papel importante no sequestro de carbono, por parte das pastagens
bem manejadas e a integração lavoura pecuária, aumentando a eficiência na utilização
de insumos e redução das emissões de metano dos animais em pastejo, em função dos
ganhos em termos de quantidade e qualidade da forragem em comparação ao sistema
convencional.
Vários fatores podem interferir sobre a produção de metano dos dejetos,
destacando a qualidade dos sólidos voláteis contidos nos dejetos. Segundo Moller et al.
(2004), a produção de metano é dependente da composição química dos compostos
orgânicos (carboidratos, lipídios e proteínas) contidos nas fezes, urina, palhas e camas,
que podem fazer parte do resíduo total. Há uma grande variação na composição dos
1
resíduos de origem animal devido a alguns fatores, como: a espécie e categoria animal,
tipo da dieta, uso de cama e a taxa de degradação dos resíduos.
Técnicas nutricionais, como o uso de ionóforos, tanino, saponinas, óleos
essências, lipídios, vacinas, anticorpos policlonais, técnicas de manejo de pastagens e
melhoramento genético, assim como a busca por fontes renováveis e limpas, como os
biodigestores, esterqueiras, tanques ou lagoas de retenção, lagoas de sedimentação,
canais de drenagem, surgem como alternativas para reverterem, controlar e mitigar os
problemas causados pelos GEE.
A utilização de biodigestores é uma alternativa tecnológica para o
gerenciamento dos dejetos, que permite a agregação de valor ao resíduo mediante a
utilização de biofertilizantes e de biogás produzido em sistemas de geração de energia e
calor (Perdomo et al., 2003). São classificados em dois tipos: contínuos e batelada,
dentre os contínuos tem-se os modelos Chinês e Indiano, neste tipo de sistema a
matéria-prima é colocada continuamente e quase sempre diretamente, tendo uma
produção continua de biogás e biofertilizante, onde a produção só cessa quando falta
matéria prima, provocando parada no sistema. Os modelos podem ser divididos de
acordo com seu posicionamento sobre o solo: vertical ou horizontal (Comastri Filho,
1981). O tipo batelada é abastecido uma única vez, é mantido em fermentação por um
período desejado, após o término da produção de biogás o material é descarregado.
O biogás é gerado através da fermentação anaeróbia, de dejetos animais e
resíduos vegetais, dentro de condições adequadas, resultando em uma mistura gasosa de
CH4 e N2O, este produto se torna muito interessante, pois se trata da conversão de algo
poluente em uma fonte de energia. Seu potencial energético pode ser aproveitado por
intermédio da queima e obtenção de energia térmica. A geração do biogás trás aos
produtores uma opção energética renovável de ótimo rendimento, custeando os gastos
em energia elétrica externa e proporcionando energia limpa e distribuição correta dos
efluentes gerados. Segundo Castanon (2002), o potencial energético do biogás está em
função da quantidade de metano contida no gás que determina o seu poder calorífico.
Grande parte dos nutrientes, ingeridos na dieta, são eliminados via fezes e urina
e não são degradados, após a biodigestão 50% do nitrogênio presente se transforma na
forma de amônia dissolvida, prontamente assimilável pelas plantas (Nogueira, 1986). A
biomassa resultante do processo de biodigestão conhecida como biofertilizante possui
alto poder fertilizante. De acordo com Kiehl (1985), para o dejeto se tornar um
fertilizante
orgânico
humificado
deve
sofrer
um processo
de
fermentação
2
microbiológica. A finalidade da fermentação é produzir um material humificado
semelhante à matéria orgânica natural do solo (Malavolta, 1979). Os biofertilizantes
podem ser utilizados em substituição aos fertilizantes convencionais, proporcionando
aos produtores uma redução nos custos de produção, além de contribuir com a
sustentabilidade ambiental.
Esta revisão tem o objetivo de apresentar a utilização de biodigestores, como
uma ferramenta para a redução na produção de metano, óxido nitroso e dióxido de
carbono em busca de uma produção animal economicamente viável e sustentável.
IMPACTO AMBIENTAL DE DEJETOS
No Brasil, grande parte das emissões de metano de origem entérica é decorrente
de bovinos criados em sistemas extensivos, em pastagens que se encontram abaixo de
seu potencial produtivo, acarretando assim ineficiência ao processo produtivo, gerando
maiores emissões de metano por unidade de produto, seja carne ou leite. (Guimarães Jr.
et al., 2010; Lima 2002; Machado et al., 2011).
Dentre os GEEs, o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o óxido nitroso
(N2O) são os mais importantes no âmbito da atividade agropecuária. Apesar das
concentrações de metano e óxido nitroso na atmosfera serem menores que a de CO 2,
esses gases apresentam potencial de aquecimento 23 e 296 vezes maior em relação ao
CO2, respectivamente (Snyder et al., 2008).
Com sua taxa de crescimento anual de 7%, o gás metano apresenta potencial de
aquecimento global 23-25 vezes maior que o CO2 e seu tempo de vida na atmosfera
varia de 9 a 15 anos (IPCC, 2006).
Dentre as fontes antrópicas de emissão de CH4 , a fermentação entérica dos
ruminantes contribui com 22% da produção mundial, correspondendo a 3,3% dos GEE
(USEPA, 2000). Já a emissão de metano pela fermentação das fezes no ambiente
quando comparada à produção entérica é bem inferior, representando 1,6% dos GEE. A
emissão de metano pela excreção fecal é variável em função do manejo do dejeto, com
maiores taxas de emissão para dejeto oriundo de confinamento em relação ao dejeto
depositado diretamente nas pastagens. (Brasil, 2009; Chizzotti et al., 2012)
Estima-se que no Brasil as áreas de pastagens degradadas ocupem entre 20 a 60
milhões de hectares, o que representa um grande potencial de sequestro de carbono
(Bernedet, 2010). A partir do ano de 2010, o governo brasileiro instituiu o Programa
3
para Agricultura de Baixa Emissão de Carbono (Programa ABC), por meio do qual são
destinados recursos para financiar práticas adequadas, tecnologias adaptadas e sistemas
produtivos eficientes que contribuam para a mitigação da emissão de GEEs na
agropecuária (Brasil, 2010). Com a recuperação das pastagens degradadas e um manejo
adequado, observa-se um sequestro de carbono pelas pastagens no solo, em função do
crescimento radicular que é um dos drenos de carbono com grande potencial no Brasil.
Portanto, ao invés de reduzir nossa produção, temos que intensificá-la, apenas com o
cuidado de agregar eficiência aos sistemas de produção (Almeida & Medeiros, 2013).
Recentemente, a integração Lavoura-Pecuária (iLP) têm sido reconhecida como
estratégia para redução das emissões de GEE pela agropecuária. Entre os fatores
positivos decorrentes da adoção da iLP podem ser citados: a redução do avanço da
fronteira agrícola (efeito poupa-terra), mitigação das emissões de carbono devido ao
aumento no teor de matéria orgânica no solo, aumento na eficiência no uso de insumos e
redução das emissões de metano dos animais em pastejo, em função dos ganhos em
termos de quantidade e qualidade da forragem em comparação ao sistema convencional
(Martha Jr. et al., 2006; Machado et al., 2011; Vilela et al., 2011; Vilela et al., 2012).
Já o óxido nitroso, considerado um potente GEE é gerado naturalmente nos solos
pelo processo de nitrificação e desnitrificação. As emissões de óxido nitroso pela
agropecuária representam 90,6% das emissões nacionais deste gás e são provenientes
principalmente da emissão dos solos. Apesar da baixa emissão por unidade de área,
como a área de pastagens no país é muito grande, a emissão pelas pastagens representa
cerca de 39,4% das emissões de óxido nitroso pelas atividades agropecuárias. A entrada
de nitrogênio (N) no sistema solo-atmosfera agregada a outros fatores estimula a
produção deste gás, e por isso, a grande quantidade de N contido nas excretas dos
bovinos, tanto na urina quanto nas fezes, faz com que os dejetos resultem como a mais
importante fonte de N2O em pastagens. Sua emissão via decomposição de dejetos é
altamente variável e dependente do manejo aplicado ao dejeto (Lessa, 2011; Oliveira et
al., 2011).
Para gado de leite, de 20 a 30% do nitrogênio consumido diariamente
encontram-se na proteína do leite e na carne produzida, sendo o restante excretado pelas
fezes e urina. Para gado de corte a eficiência de uso do nitrogênio é ainda menor, cerca
de 10%. Dessa forma, dietas com excesso de proteína resultará em maiores custos com
alimentação além do aumento na excreção de N e assim como maiores quantidades de
óxido nitroso serão emitidas, contribuindo negativamente para o aquecimento global
4
(Chizzotti et al., 2012; Dou et al., 1996; Kohn et al., 1997; Oenema et al., 2001;
Hutchings et al., 1996).
Para emissão de GEE a partir de suínos e aves, há escassez de estudos no Brasil.
Entre os poucos trabalhos existentes na área de suínos, podem ser citados alguns
estudos de emissão de gás carbônico em solos adubados com dejetos de suínos
(Giacomini & Aita, 2008) e avaliações de potencial de redução de emissão através do
uso de sistemas de tratamentos, tais como biodigestores (Angonese et al., 2007).
Na área de avicultura, as pesquisas se limitam às avaliações de teores de amônia,
a qual não é diretamente causadora de efeito estufa, em ambientes confinados de
aviários visando a questão do bem estar animal (Owada et al., 2007) e estudos de
aditivos com potencial mitigador da volatilização desse gás em aviários (Medeiros et al.,
2008). Neste sentido, é evidente a carência que existe no país de informações
consistentes, sobre a real colaboração da produção intensiva de suínos e aves na emissão
de GEE e também do potencial de mitigação da emissão destes gases, quando são
adotadas ações para tratamento alternativo de dejetos (Oliveira et al., 2011).
BIODIGESTÃO ANAEROBIA
Atualmente a tendência na produção animal é promover sua sustentabilidade,
buscando o máximo rendimento com o mínimo desperdício, objetivando assim, reduzir
os impactos ambientais e melhorar a eficiência. Uma alternativa para minimizar os
impactos causados pela grande geração de resíduos são os processos biológicos de
reciclagem de nutrientes. Estes processos utilizam os resíduos provenientes da produção
animal como matéria prima para a geração de subprodutos de valor agregado, tornando
a atividade técnica e economicamente viável. A biodigestão anaeróbia é um processo
fermentativo, causado por microrganismos especializados que atuam em reações
específicas, decompondo a matéria orgânica na ausência de oxigênio, ocorrendo uma
complexa interação de microrganismos (Craveiro et al., 1982). As bactérias são
responsáveis pela digestão de diversos componentes orgânicos, gerando biogás e
biofertilizante (Chernicharo, 2007; Rizzoni, 2012).
Biodigestão anaeróbia é um processo sensível, podendo ser dividido em quatro
fases:
5
1. Hidrólise enzimática - materiais orgânicos complexos são hidrolisados e convertidos
em moléculas menores por meio da fermentação;
2. Acidogênese - moléculas menores resultantes da hidrólise são metabolizadas por
bactérias, convertendo-se em diversos compostos simples;
3. Acetogênese - microrganismos acetogênicos convertem os produtos da acidogênese,
resultando em hidrogênio, dióxido de carbono e acetato;
4. Metanogênese - processo das arqueas metanogênicas, convertem os substratos que
produzem metano a partir dos acetatos, hidrogênio e dióxido de carbono.
Esses processos necessitam de alguns fatores para melhor aproveitamento do
sistema como: temperatura, tempo de retenção, tipo de resíduo, pH, relação
carbono/nitrogênio e qualidade de água (Chernicharo, 2007; Rizzoni, 2012; Leite, 2003;
Fisher et al., 1979; Lucas Jr, 1998, Madigan, 2010).
O valor do pH é um fator que influencia o desempenho do processo de
biodigestão anaeróbia. Alguns estudos mostram o pH de 6,0 a 8,0 como sendo a faixa
ótima para a fermentação anaeróbia (Batista, 1981). Porém, a faixa ótima de pH para
digestão anaeróbia de dejetos de bovinos é de 6,7 a 7,4. (Ruiz, 1992; Bryant,1979). O
acréscimo de resíduos de origem animal ao processo de biodigestão anaeróbia promove
aumento na produção de biogás em relação ao uso de resíduos de origem vegetal (AlMasri, 2001). Segundo Lucas Jr (1994), o potencial de produção de biogás a partir dos
dejetos de ruminantes deve sofrer variações em função da qualidade nutricional dos
alimentos fornecidos aos animais, encontrando-se diferenças entre dejetos coletados a
partir de animais que são criados em pastagens em relação aos de animais que recebem
alimento concentrado.
O potencial de produção de biogás de dejeto ovino, encontrado por Jain et al.
(1981), foi de 0,0452 m3 kg -1de biogás. Segundo Nogueira et al. (2013), a partir de
dejetos de bovinos de corte confinado foi de 0,056 m3 de biogás, com o teor médio de
79,6% de metano, resultando em um potencial de produção diário de metano
de
3
0,043m deste gás por quilograma de dejeto in natura. Lucas Jr (1987) encontrou maior
eficiência na conversão de dejetos de bovinos em biogás (0,048m3 kg -1 de dejetos.
Segundo Hardoin et al. (2004), em um confinamento de 100 vacas, um biodigestor pode
produzir um volume de 118 m3 de biogás, volume suficiente para atender com energia
elétrica a demanda da ordenhadeira, do resfriador de leite, do triturador, do
desintegrador, do misturador de ração e da bomba de água., Nascimento (1991)
encontrou potencial de produção de biogás de 0,08692 m3 kg
-1
em biodigestores com
6
dejetos de ovinos e capacidade de carga de três litros. Misi & Forster (2001) avaliaram
biodigestores com misturas à base de dejetos de caprinos, ovinos e bovinos (70%) e
resíduos do processamento de frutas e cama de frangos (30%), encontrando valores de
produção total de 4.189,50 mL de CH4 em 35 dias de retenção em biodigestores com
capacidade de 1.000 mL.
BIODIGESTORES
Um biodigestor compõe-se, basicamente, de uma câmara fechada na qual uma
biomassa (em geral detritos de animais) é fermentada anaerobiamente. É possível,
portanto, definir biodigestor como um equipamento destinado a conter a biomassa e seu
produto, o biogás. A função dos biodigestores é fornecer as condições propícias para
que um grupo especial de bactérias, as metanogênicas, degrade o material orgânico,
com a consequente liberação do gás metano (Dotto et al. 2012).
O biodigestor torna-se uma alternativa para o tratamento de dejetos, pois além de
possibilitar a redução do potencial poluidor e dos riscos sanitários dos dejetos, promove
a geração do biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia renovável e permite a
reciclagem do efluente, podendo ser utilizado como biofertilizante (Júnior, 2009).
Existem vários tipos de biodigestores, entre eles os contínuos, que proporcionam
permanente fornecimento de gás e biofertilizante, como exemplo os modelos indiano
(Figura 1 e 2) e chinês (Figura 3 e 4), e o modelo batelada, que o fornecimento de gás é
interrompido para descarga do material digerido e nova carga do material a digerir
(Figura 5) (Deganutti et al. 2002).
Em geral, os biodigestores são compostos, basicamente, de duas partes: um
recipiente (tanque) para abrigar e permitir a digestão da biomassa, e o gasômetro
(campânula), para armazenar o biogás. Dentro do biodigestor em total ausência de
oxigênio e luz, as bactérias anaeróbias digerem a biomassa (Farret, 1999).
O tipo de biodigestor a construir vai depender dos seguintes parâmetros;
quantidade e tipo de dejetos disponíveis, necessidade de energia, necessidade de
fertilizante e necessidade de tratamento de dejetos. A construção de um biodigestor tem
vantagens, por ser um processo natural para tratar rejeitos orgânicos, por requerer
menos espaço que aterros sanitários, diminuir o volume de resíduo a ser descartado, ser
7
uma fonte de energia renovável, produzir um combustível de alta qualidade e
ecologicamente correto, entre outras.
Modelo Indiano:
O modelo indiano caracteriza-se por possuir uma campânula, uma espécie de
tampa, como gasômetro, a qual pode estar mergulhada sobre a biomassa em
fermentação, ou em um selo de água externo, e uma parede central que divide o tanque
de fermentação em duas câmaras. A função da parede divisória faz com que o material
circule por todo o interior da câmara de fermentação. Este modelo possui pressão de
operação constante, ou seja, à medida que o volume de gás produzido não é consumido
de imediato, o gasômetro tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume
deste, portanto, mantendo a pressão no interior constante (Deganutti et al., 2002). O
resíduo a ser utilizado para alimentar o biodigestor indiano, deverá apresentar uma
concentração de sólidos totais (ST) não superior a 8%, para facilitar a circulação do
resíduo pelo interior da câmara de fermentação e evitar entupimentos dos canos de
entrada e saída do material. O abastecimento também deverá ser contínuo, ou seja,
geralmente é alimentado por dejetos bovinos e/ou suínos, que apresentam certa
regularidade no fornecimento de dejetos.
Figura 1. Processos do biodigestor
8
Figura 2. Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo indiano
Modelo Chinês:
O modelo chinês é constituído por uma câmara cilíndrica em alvenaria para a
fermentação, com teto abobado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás.
Este tipo de biodigestor funciona com base no princípio de prensa hidráulica, portanto,
há aumento da pressão do gás no interior do biodigestor, deslocando a biomassa, em
sentido contrário, da câmara de fermentação para a caixa de saída, quando há
descompressão. Neste tipo de biodigestor, uma parcela de gás formado na caixa de saída
é liberada para a atmosfera, reduzindo parcialmente a pressão interna do gás. Por este
motivo as construções de biodigestores modelo Chinês não são utilizadas para
instalações de grande porte. O substrato deverá ser fornecido continuamente, com a
concentração de sólidos totais em torno de 8%, para evitar entupimentos do sistema de
entrada e facilitar a circulação do material (Deganutti et. al, 2002).
9
Figura 3. Processos do biodigestor modelo Chinês
Figura 4. Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo chinês
Modelo Batelada:
Modelo batelada é um sistema simples de ser construído, composto apenas pela
câmara de biodigestão cilíndrica, e pelo gasômetro móvel, com formato cilíndrico. Este
tipo de biodigestor é abastecido de uma única vez, portanto não é um biodigestor
contínuo, como os modelos chinês e indiano, mantendo-se em fermentação por um
período conveniente, sendo o material descarregado posteriormente após o término do
período efetivo de produção de biogás. Enquanto, que os modelos chinês e indiano são
usados para atender propriedades em que a disponibilidade de biomassa ocorre em
períodos curtos, um exemplo seria aquelas que recolhem o gado duas vezes ao dia para
ordenha, permitindo coleta diária de biomassa, que deve ser encaminhada ao
biodigestor, o modelo em batelada adapta-se melhor quando essa disponibilidade ocorre
em períodos mais longos, como ocorre em granjas avícolas de corte, cuja biomassa fica
a disposição após a venda dos animais e limpeza do galpão (Deganutti et. al, 2002).
10
Figura 5. Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo batelada
BIOGÁS
De acordo com Paula (2006), um dos benefícios do processo de biodigestão
anaeróbia, que logo contribuiu para o crescente interesse por esta tecnologia, reside na
conversão da maior parte da carga poluente do efluente numa fonte de energia: o biogás.
Atribui-se o nome de biogás à mistura gasosa (combustível), resultante da fermentação
anaeróbia da biomassa dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade
e acidez. O biogás é inflamável e inodoro, porém, se houver presença de ácido
sulfídrico, pode possuir odor desagradável, semelhante a ovo podre.
A geração de biogás a partir de resíduos animais é dependente, além da
temperatura, pH, alcalinidade, também da própria característica do resíduo, que é o
substrato para o crescimento dos microrganismos no biodigestor. Essa diferença na
produção de biogás esta associada a vários fatores como, dieta dos animais, sistema
digestivo, que fazem com que sejam produzidos resíduos de características distintas
com potencialidades distintas na produção de biogás (Tabela 1) (Kunz & Oliveira,
2013).
Tabela 1. Potencial de geração de biogás a partir de resíduos de diferentes animais.
Kg esterco animal/dia
m3/kg esterco
m3/kg SV
m3/animal dia
Bovino
10-15
0,038
0,094-0,31
0,36
Suíno
2,3-2,8
0,079
0,37-0,50
0,24
Aves
0,12-0,18
0,05
0,31-0,62
0,014
Fonte: Oliveira (1993). SV=sólidos voláteis.
Mesquita (2009) identificou as quantidades de biomassa necessária para produzir
1m de biogás (Tabela 2).
3
Tabela 2. Quantidade de biomassa necessária para a produção de 1m3 de biogás.
Biomassa
Quantidade (kg)
Esterco de vaca
25
Cama de Frango
5
Esterco Suíno
12
Plantas ou casca de cereais
25
Lixo orgânico
20
Fonte: Mesquita (2009)
11
Segundo Castanon (2002), o potencial energético do biogás está em função da
quantidade de metano contida no gás, que determina o seu poder calorífico. O teor de
metano varia, de 40 a 75%, dependendo da fonte geradora.
Tabela 3. Composição média do biogás proveniente de diferentes resíduos orgânicos.
Gás
Porcentagem
Metano (CH4)
40 – 75
Dióxido de Carbono (CO2)
25 – 40
Nitrogênio (N)
0,5 – 2,5
Oxigênio (O)
0,1 – 1
Ácido sulfídrico (H2S)
0,1 – 0,5
Amônia(NH3)
0,1 – 0,5
Monóxido de Carbono (CO)
0 – 0,1
Hidrogênio (H)
1–3
Fonte: Castanon (2002).
O biogás, por ser extremamente inflamável, pode ser simplesmente queimado
para reduzir o efeito estufa (o metano apresenta um poder estufa cerca de 21 vezes
maior que o CO2) ou aproveitado para uso doméstico, motores de combustão interna,
sistemas de geração de energia elétrica ou térmica (Oliveira et al., 2000). Guyot (1997)
descreveu uma relação comparativa do biogás com outras fontes convencionais de
energia (Tabela 4).
Tabela 4. Relação comparativa de 1m3 de biogás com outras fontes de energia.
Tipo de combustível
Quantidade
Gasolina
0,6 l
Querosene
0,57 l
Óleo Diesel
0,55 l
Gás liquefeito
0,45 kg
Etanol
0,79 l
Lenha
1,5 kg
Energia elétrica
1,4 kwh
Fonte: Guyut (1997).
Para transformação do biogás em energia elétrica é necessária a utilização de
geradores, para obtenção de energia térmica faz-se necessário o uso de fornos para que
ocorra a queima e sua transformação em energia térmica (Avellar et al., 2004).
Em propriedades familiares, o principal benefício da utilização do biogás é a
substituição da querosene, lenha ou GLP, principalmente por meio da cocção direta e
iluminação (Rodriguez et al., 1998).
12
De acordo com Werner et al.(1989) a produção de biogás de um biodigestor
simples com volume de 8 a 10 m3 é da ordem de 1,5 a 2 m3/dia, usando os dejetos de 3 a
5 vacas ou de 8 a 12 suínos. Essa quantidade é suficiente para que uma família de 6 a 8
membros possa cozinhar 2 a 3 refeições ou operar uma geladeira por todo dia e duas
lambadas por 3 horas.
Oliveira & Hirashi (2006) desenvolveram um trabalho em uma granja de suínos
e aves, no qual, a granja possuía 400 suínos na fase de crescimento e terminação e
14.400 aves. A propriedade possuía um biodigestor para tratamento dos dejetos suínos.
Substituiu-se todo o sistema de aquecimento de GLP das aves por biogás. Os autores
concluíram que os dejetos produzidos diariamente por 400 suínos foram suficientes para
gerar biogás como fonte de aquecimento para 14.400 aves.
Esperancini et al. (2007) avaliaram o uso do biogás gerado pelos dejetos de
suínos na substituição de fontes de energia num assentamento rural. No uso domiciliar,
o biogás foi aproveitado na cocção, aquecimento de água e iluminação. A economia
anual foi de R$ 3.698,00, e a recuperação do investimento ocorreu em 2,5 anos. Na
produção, a energia foi utilizada em diversos equipamentos. A economia anual foi de
R$ 9.080,57, e o investimento foi recuperado em 11 meses.
Oliveira & Martins (2007) estudaram a viabilidade econômica do uso de um
gerador disponibilizando 40 kWh, utilizando biogás da suinocultura, e concluíram que
esta alternativa é viável à medida que aumentam a demanda e o preço da energia. Com
uma tarifa de R$ 200,00 MWh-1, o tempo de retorno do investimento, considerando
desconto da taxa de juros, foi de 39; 26 e 19 meses para tempos de geração diária de 10;
14 e 18 horas, respectivamente.
O resfriamento do leite geralmente requer de 100 a 120 MJ de energia elétrica
por tonelada de produto, incluindo o processo de bombeamento do leite e da água para
lavar os recipientes e equipamentos (Riva, 1992). O pré-resfriamento do leite produzido
por uma só vaca requer apenas 15% do potencial de geração de biogás dessa mesma
vaca (Mears, 2001).
Segundo Zicari (2003), com a utilização do biogás em uma fazenda leiteira com
300 vacas, pode-se economizar pelo menos US$ 2.000,00, enquanto que para uma
fazenda com 1.000 cabeças essa economia pode chegar a US$ 7.000,00.
A respeito da capacidade de produção de biogás, Souza et al. (2004) afirmam
que, o tamanho das propriedades de suinocultura influi no volume de produção do
biogás, sendo que estas podem variar de pequenas propriedades, com capacidade de 100
13
matrizes, até grandes propriedades, com mais de 2.500 matrizes. Dado que o índice
teórico de produção de resíduo é de 72 litros dia -1 suíno-1, resultando em 0,775 m3dia1
suíno-1 de biogás. Almeida et al. (2008), cita para uma eficiência do processo de
60,5%, tem-se a produção de metano em função da carga orgânica de 0,504 m3dia1
suíno-1.
Noronha & Gimenes (2008) afirmam que em granja suinocultura operando em
ciclo completo, com 200 matrizes, a produção de dejeto chega a 4.146,3 m³ano -1,
gerando uma produção média de 1.762,18 m³ de biogás, cerca de 0,025 m3dia-1suíno -1.
Este volume permitiria que o sistema gerador de energia elétrica funcionasse por um
período de 6 horas diárias.
BIOFERTILIZANTES
Nos últimos anos, a utilização de adubos orgânicos, sólidos ou líquidos, na
produção agrícola teve um crescimento acelerado no Brasil, em função dos seguintes
aspectos: altos custos dos fertilizantes químicos, conservação dos recursos do meio
ambiente, a prática de uma agricultura ecológica, melhoria da qualidade dos produtos
colhidos, redução de contaminações do solo, água, planta, homem e todos os
organismos vivos componentes dos agroecossistemas (Araújo et al., 2007; Alves et al.,
2001).
Após todo o processo de produção do biogás, é gerada a biomassa, que podemos
denominar de biofertilizante. Esse biofertilizante poderá ser utilizado como adubo
orgânico de várias formas, seja ele aplicado diretamente no solo, pleiteando a melhora
dos nutrientes no solo, ou como adubo foliar. O biofertilizante é a designação dada ao
efluente líquido obtido da fermentação metanogênica da matéria orgânica e água
(Santos, 2001). Alves et al. (2001), o definem como resíduo final da fermentação de
compostos orgânicos que contêm células vivas ou latentes de microrganismos
(bactérias, leveduras, algas e fungos filamentosos) e seus metabólicos. Tais
microrganismos auxiliam o cultivo de plantas, na absorção de nutrientes pelas suas
interações na rizosfera, sejam quando aplicados em sementes ou solo (Mishra &
Dadlich, 2010). Aceleram certos processos microbianos no solo, que aumentam o grau
de disponibilidade de nutrientes, em uma forma facilmente assimilável pelas plantas, e
também mobilizando elementos nutritivos da forma não-utilizáveis para a forma
utilizável, por meio de processos biológicos (Tnau, 2008).
14
Os dejetos orgânicos são descartados no ambiente, podendo contaminar água e
solo, uma vez que possuem alto teor energético e quantidades expressivas de macro e
micronutrientes, e por oferecerem água, abrigo e temperatura a inúmeros micros e
macrovetores de grande importância sanitária acabam sendo preferidos como nicho
ecológico (Amaral et al., 2004). Neste contexto, a utilização de biofertilizantes,
produzidos em biodigestores anaeróbios, pode ser uma alternativa interessante ao se
reaproveitar dejetos orgânicos.
Qualquer material, de origem orgânica, submetido a processos de biodigestão
anaeróbia, produz biogás e biofertilizante (Vilella Jr. et al., 2003). Os biofertilizantes
são fáceis de serem obtidos, em decorrência de que geralmente são compostos de
excrementos de animais e encontrados sem dificuldade, podendo, esses produtos, serem
produzidos pelo próprio agricultor, gerando economia com insumos importados e,
ainda, promovendo melhorias no saneamento ambiental (Medeiros et al., 2007).
A matéria orgânica, adicionada ao solo, promove modificações na fertilidade
através de alterações, provocadas em suas propriedades químicas e físicas, como,
densidade do solo, estado de agregação das partículas, aeração, capacidade de retenção
de água e condutividade hidráulica e elétrica do solo (Nobile, 2006). As áreas
degradadas são melhor recuperadas quando há a incorporação de matéria orgânica ao
solo, pois melhora a estrutura e a retenção de umidade e fornece macro e
micronutrientes (Santos & Rodella, 2007).
De forma indireta, as propriedades físicas do solo podem ser melhoradas através
de um efeito floculante, próprio da matéria orgânica, que melhora o movimento do ar,
da água e dos nutrientes, o que permite incrementar o crescimento e a penetração de
raízes no solo (Chaimsohn et al., 2007). A matéria orgânica, fornecida a partir de
esterco animal e compostos orgânicos, além de melhorar características físicas e
químicas do solo, tem sido utilizada a fim de reduzir a aplicação de adubos químicos
(Galbiatti et al., 2007).
A digestão anaeróbia utiliza carbono, hidrogênio e oxigênio da matéria prima.
Enquanto isso, os nutrientes essenciais de plantas (nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio
(K)) permanecem na biomassa dos biodigestores (Igboro, 2011). A disponibilidade de
nutrientes é maior do que em digestores de lixo orgânico não tratado. Por exemplo,
digestores apresentam disponibilidade 25% superior de nitrogênio inorgânico (N-NH4) e
um valor de pH mais elevado do que o estrume líquido não tratado (Monnet, 2003). A
qualidade e composição do sólido proveniente da digestão dependem da matéria prima e
15
o do processo de digestão (Mata-Alvarez et al., 2003). Além do que, o material digerido
é separado em duas frações: a fibra e o efluente líquido. A fibra, porção volumosa,
possui um baixo nível de nutrientes para as plantas, portanto, pode ser usado como um
fertilizante de baixa qualidade e como condicionador do solo, embora o tratamento
posterior da fibra, tal como através da compostagem possa produzir um composto de
boa qualidade. Já a fração do efluente líquido contém uma grande proporção de
nutrientes e pode ser utilizado como adubo. O elevado teor de água deste efluente
facilita a sua aplicação por meio de métodos convencionais de irrigação.
Apesar do grande benefício dos digestores anaeróbicos para a melhoria da
fertilidade do solo, e consequentemente para a produção agrícola, tem-se uma
preocupação quanto a concentração de patógenos presentes neste material e a segurança
que este método oferece aos usuários finais (Mata-Alvarez et al., 2003). Os agentes
patogênicos tais como Salmonella spp., Escherichia coli, Shigella spp., Klebsiella spp.,
entre outros, podem contaminar a lama dos biodigestores. Algumas das bactérias são
resistentes e não são destruídas durante o período de digestão. Alguns agentes
patogênicos sobrevivem melhor em condição úmida e estes organismos podem ainda
estar presentes neste material, mesmo após a digestão (Karki et al., 2005). A
disponibilidade de biofertilizante líquido no mercado tem aumentado como uma das
alternativas para a utilização de fertilizantes químicos e pesticidas, um de seus
benefícios é a população de microrganismos benéficos presentes (Hasarin & Viyada,
2008). Técnicas ineficientes de gestão agrícola e uso indevido de agrotóxicos resultaram
em piora da qualidade do solo e degradação ambiental (Setboonsarng & Gilman, 1999).
Portanto, o objetivo da utilização de biofertilizante é fornecer benefícios
socioeconômicos e ecológicos, entre os quais está a melhoria da qualidade do solo, que
contribui imensamente para a qualidade e segurança alimentar, saúde humana e animal,
bem como a qualidade do meio ambiente (Park et al., 2002).
CONCLUSÃO
Com a intensificação da produção animal e a crescente preocupação pelo meio
ambiente, tanto por parte do consumidor como por parte do produtor, torna-se
importante o desenvolvimento de novas tecnologias para se aumentar a sustentabilidade
da cadeia de produção.
16
A biodigestão anaeróbia dos dejetos atende as atuais exigências dos
consumidores, que exigem a produção de alimentos ambientalmente corretos, assim
como aos produtores, em função de seus produtos (biogás e biofertilizante), oferecendo
soluções quanto ao fornecimento de energia elétrica e correção do solo, diminuindo os
custos.
A eficiência do biodigestor em produzir biogás e biofertilizantes é dependente de
vários fatores, como dito anteriormente, o que abre oportunidades de pesquisas na área
de nutrição, manejo animal e de dejetos para estudar formas de melhorar a eficiência
dos biodigestores.
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