Baixas doses de soda cáustica aumentam a produção de biogás a partir de resíduos de banana

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Baixas concentrações de soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH) são mais eficientes do que doses elevadas para preparar resíduos orgânicos destinados à produção de biogás. A descoberta aumenta a geração de metano, reduz o consumo de reagentes e, assim, diminui custos.

A matéria-prima da pesquisa que chegou a essa conclusão foram bananas – cascas e partes impróprias para comercialização coletadas em varejões. Embora apresentem elevado teor de matéria orgânica, esses resíduos guardam seu potencial energético “trancado” em uma espécie de “armadura vegetal” formada por substâncias como celulose e lignina. A barreira dificulta o acesso dos microrganismos aos açúcares fermentáveis e limita a eficiência da digestão anaeróbia – a decomposição da matéria orgânica por comunidades de microrganismos que vivem na ausência de oxigênio.

Ao longo do processo, moléculas complexas são gradualmente quebradas em compostos mais simples até a formação do metano (CH_₄), principal componente energético do biogás.

“Para aumentar a eficiência da produção de biogás, é necessário aplicar um pré-tratamento. Nós optamos pelo termoalcalino [que combina calor e produtos químicos]. A biomassa foi aquecida na presença de diferentes concentrações de hidróxido de sódio, variando entre 0,2% e 3%. O objetivo era romper parcialmente a barreira formada pela lignina, tornando os carboidratos mais acessíveis aos microrganismos”, relata Sandra Imaculada Maintinguer, integrante do Instituto de Pesquisa em Bioenergia da Universidade Estadual Paulista (IPBEN-Unesp) que coordenou a pesquisa.

O resultado contrariou a expectativa intuitiva de que mais reagente produziria melhor desempenho. A eficiência máxima foi alcançada justamente com as menores concentrações testadas. A concentração de apenas 0,2% de NaOH promoveu a maior solubilização de carboidratos, alcançando 12.110 miligramas por litro (mg/L), contra 4.785 mg/L observados no material sem pré-tratamento. Um pequeno aumento na concentração, para 0,4%, proporcionou a maior produção acumulada de metano, mas a de 0,2% foi a que promoveu a maior velocidade de produção do gás.

“Isso é importante porque, além de aumentar os custos da produção, o uso elevado de hidróxido de sódio inibe a ação dos microrganismos responsáveis pela geração do metano e pode causar maior impacto sobre o meio ambiente”, destaca Larissa Ayumi Yamamoto, graduanda no IPBEN-Unesp e primeira autora do artigo que descreve o achado, publicado em maio na revista científica Bioenergy Research.

Menos é mais

Em pequenas quantidades, a soda cáustica facilita a ruptura parcial da estrutura vegetal e libera açúcares que alimentam os microrganismos. Em excesso, porém, passa a atacar os próprios microrganismos, atrapalhando ou até inviabilizando o processo. “Não adianta colocar 20% porque se torna inibitório”, resume Maintinguer. Além de aumentar a produção, a redução da quantidade de reagente melhora a perspectiva de aplicação industrial porque facilita o tratamento posterior de efluentes. “Para a indústria, quanto menor a concentração de hidróxido de sódio, melhor”, comenta.

A pesquisadora observa que São Paulo reúne condições particularmente favoráveis para esse tipo de tecnologia. Grande produtor de frutas, o Estado gera quantidades enormes de resíduos ao longo de toda a cadeia produtiva, desde frutos descartados ainda na propriedade até sobras do beneficiamento industrial e da comercialização. “A ideia é fechar esse ciclo. Em vez de encaminhar restos e frutas fora do padrão comercial para aterros, esses resíduos podem alimentar biodigestores capazes de produzir energia, transformando um passivo ambiental em uma fonte renovável”, pondera.

Os resultados mostraram que o desempenho do sistema depende não apenas da quantidade de matéria orgânica disponível, mas também de quais bactérias estão atuando no processo e quais caminhos usam para digerir a matéria. No reator submetido ao pré-tratamento com 0,4% de hidróxido de sódio predominaram bactérias dos gêneros Paraclostridium e Clostridium e arqueias metanogênicas (organismos unicelulares produtores de metano) dos gêneros Methanothrix e Methanoregula. “Nós avaliamos o consórcio microbiano presente no reator, conseguimos acompanhar como esse sistema evolui e quais rotas metabólicas os microrganismos percorrem ao longo do processo”, sublinha Ana Gabriela Oliveira Ferreira Janas, doutoranda no IPBEN-Unesp. “São informações que a pesquisa pode oferecer para a indústria.”

Turnos de trabalho microbiano

Maintinguer explica que a digestão anaeróbia funciona como uma sucessão de etapas cumpridas por diferentes grupos de microrganismos. “Entramos com a matéria orgânica bruta e os microrganismos vão quebrando essa matéria em compostos cada vez mais simples. Esses intermediários acabam sendo consumidos por outros microrganismos até chegar à formação do metano.”

O trabalho integra um programa mais amplo desenvolvido pelo grupo da Unesp para transformar resíduos agroindustriais em fontes de energia e outros produtos de valor agregado. Além da banana, os pesquisadores vêm estudando resíduos de laranja e goiaba, águas residuárias do processamento de frutas e diferentes estratégias de digestão e codigestão anaeróbias. A codigestão anaeróbia consiste em misturar diferentes tipos de resíduos no mesmo reator para potencializar a geração de energia.

Dependendo das condições operacionais e da comunidade microbiana presente, esses sistemas podem ser direcionados não apenas à produção de biogás, mas também para a obtenção de outros compostos de interesse industrial. Em outro trabalho, ainda em processo de revisão para publicação, Janas e colaboradores investigaram a codigestão anaeróbia de resíduos para produzir bio-hidrogênio.

O estudo foi financiado pela FAPESP por meio de dois projetos (22/15706-5 e 24/10977-6).

O artigo Agroindustrial banana wastes applied in biogas production: Evaluation of thermal pretreatment on alkaline hydrolysis pode ser lido em: link.springer.com/article/10.1007/s12155-026-11024-0.