Produção de hidrogênio a partir da fermentação anaeróbia de hidrolisados de resíduos agroindustriais
Abstract
Considerando a crescente demanda global por energia, a redução de recursos energéticos não renováveis e
a preocupação com a qualidade do meio ambiente, o hidrogênio (H2) surge como uma alternativa limpa,
renovável e promissora, uma vez que sua combustão resulta apenas em água e energia. Dentre os métodos
biológicos de produção de H2, a fermentação anaeróbia é considerada a tecnologia mais viável, pois não
necessita de fonte de energia externa e diversos tipos de biomassa podem ser utilizadas como fonte de
carbono pelos microrganismos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi selecionar um resíduo
agroindustrial e avaliar a produção de H2 a partir da fermentação anaeróbia do seu hidrolisado sob
diferentes condições experimentais. As matérias-primas utilizadas foram a casca (CA) e o farelo (FA) de
arroz, o bagaço de cevada (BC) e os resíduos da limpeza da soja (RS) e do trigo (RT). Todos os materiais
foram caracterizados, preparados e submetidos ao processo de hidrólise ácida para a conversão dos
carboidratos em açúcares fermentescíveis em diferentes condições de temperatura (104,4-127,0°C), tempo
(20-60 min), concentração de ácido (5-15% H3PO4) e umidade (60-90%). A seleção da melhor condição
experimental e da matéria-prima a ser utilizada para produção de H2 foi realizada a partir do teor de
açúcares redutores totais (ART) dos hidrolisados obtidos. O hidrolisado selecionado foi, então, utilizado
como fonte de substrato no processo de fermentação anaeróbia para produção de H2, empregando-se lodo
anaeróbio de frigorífico como inóculo. Os ensaios de fermentação foram conduzidos de acordo com o
planejamento experimental fatorial, avaliando-se o efeito da temperatura (35-45°C), do pH inicial (5,5-7,5)
e da proporção de inóculo (10-30%) na produção e na taxa máxima de produção de H2. Os experimentos
foram monitorados por um período de 20 h. A composição do meio foi analisada antes e após cada ensaio,
em termos de açúcares, inibidores e ácido acético. O pH final de cada experimento também foi
determinado. A condição experimental de hidrólise ácida que resultou na maior concentração de ART nos
hidrolisados da casca e do farelo de arroz foi o ensaio 3 (127°C, 60 min, 15% (m/m) de H3PO4 e 60% de
umidade). Nessa condição, a concentração de ART foi em média de 118,16 g kg CA
-1 e de 170,38 g kg FA
-1.
Por outro lado, o ensaio 1 (127°C, 20 min, 5% (m/m) de H3PO4 e 90% de umidade) foi o que resultou em
maior concentração de ART nos hidrolisados do bagaço de cevada, do resíduo de soja e do resíduo de trigo.
A concentração de ART foi em média de 600,97 g kg BC
-1, 80,37 g kg RS
-1 e 228,04 g kg RT
-1. A partir dos
resultados da hidrólise, o bagaço de cevada foi a matéria-prima escolhida para o processo de produção de
H2, pois resultou na maior concentração de ART. Além disso, o BC encontra-se disponível em grande
quantidade e em qualquer época do ano. A maior produção de H2 (4160 mL L-1) e a maior taxa máxima de
produção de H2 (760 mL L-1 h-1) foram encontradas nos ensaios 7 (35°C, pH 7,5 e 30% de inóculo) e 8
(45°C, pH 7,5 e 30% de inóculo), respectivamente. Em alguns ensaios, o consumo da glicose do
hidrolisado do BC chegou a 100%, enquanto que a xilose foi consumida em até 91,56%. A concentração de
inibidores (furfural e 5-HMF) antes e após o processo fermentativo não teve alteração significativa, além
disso não mostrou interferência negativa na produção de H2. Por outro lado, a concentração de ácido
acético teve um aumento expressivo, de uma faixa de 0,1392-0,3001 g L-1 a 1,1490-5,8392 g L-1, o que
explica a queda do pH no meio fermentativo ao final dos ensaios. Por fim, conclui-se que o hidrolisado do
bagaço de cevada apresentou características apropriadas para produção de H2 via fermentação anaeróbia,
levando a resultados promissores quando comparado à literatura.
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