Aproveitamento de resíduos agroindustriais para a produção de biocelulose e energia

Abstract

Neste trabalho foi avaliada a viabilidade da utilização de subprodutos/resíduos provenientes de uma usina de produção de açúcar e álcool, do interior de São Paulo, como substrato para a produção de celulose bacteriana. Foi utilizado o melaço de cana-de açúcar (M), a vinhaça (V) e água contaminada com açúcares (AC), coletados no início da operação da usina. A concentração de matéria orgânica, em termos de demanda química de oxigênio (DQO), para o substrato bruto (não filtrado), foi, respectivamente, de: 45 gDQO.L-1 (M), 557 gDQO.L-1 (V) e 0,30 gDQO.L-1 (AC). A concentração de carboidratos para o substrato não filtrado, foi, respectivamente, de: 7 gC.L-1(M), 456 gC.L-1 (V) e 0,003 gC.L-1 (AC). A concentração muito reduzida (matéria orgânica e carboidratos) da AC não possibilitou seu uso como um substrato. O cultivo estático foi realizado por 20 dias, com Gluconacetobacter hansenii, em erlenmeyers de 500 mL, contendo 100 mL de meio de cultivo, com 44,5 gDQO.L-1 (M ou V) ou com 44,5 gDQO.L-1 suplementado com 13 g.L-1 de sacarose (MS ou VS). Foi possível obter membrana de biocelulose nos meios com e sem suplementação de sacarose. Os meios suplementados resultaram em valor de massa de biocelulose 1,5 vezes superior aos não suplementados. A utilização da vinhaça suplementada com sacarose resultou em membranas mais homogêneas e espessas, com maior massa (72,47 mg). Esse valor foi 9,75 % menor em relação ao meio Hestrin e Schramm (padrão). A concentração residual de substrato, após 20 dias de cultivo, variou de 45 a 62 gDQO.L-1. Esse valor elevado de concentração de matéria orgânica justifica a utilização deste substrato em outro bioprocesso, como por exemplo na produção de biogás por processo anaeróbio. Nesse sentido foi realizada a estimativa da produção de biocelulose em escala industrial, e a utilização da concentração residual do substrato desse processo na produção de biogás, em biorreatores anaeróbios operados e batelada sequencial (AnSBBR). Considerando que toda a produção de vinhaça de uma usina de grande porte (3,61 x 105 m3.mês-1), foi destinada à produção de biocelulose, estimou-se que seriam necessários 1,79 x 1010 biorreatores para produzir 1254 toneladas de biocelulose. Estimou-se uma produção de 15.624 L.dia1 de biogás, considerando que todo o substrato residual (1,21 x 106 m3.mês-1) do processo de produção de biocelulose foi destinado à produção de metano. Esse biogás seria produzido em 29 biorreatores de 27.297 m3 operando em paralelo para simular uma operação continua, e o sistema possibilitaria a obtenção de 9,66 x 104 kWh.dia- 1 de energia.

This study evaluated the feasibility of using by-products/wastes from a sugar and alcohol production plant located in the interior of São Paulo as a substrate for the production of bacterial cellulose. Sugar cane molasses (M), vinasse (V) and sugar-contaminated water (AC) collected at the beginning of the plant's operation were used. The concentration of organic matter, expressed as chemical oxygen demand (COD), for the raw (unfiltered) substrate was respectively 45 gDQO.L-1 (M), 557 gDQO.L-1 (V) and 0.30 gDQO.L-1 (AC). The carbohydrate concentration for the unfiltered substrate was 7 gC.L-1 (M), 456 gC.L-1 (V) and 0.003 gC.L-1 (AC). The low concentration (organic matter and carbohydrates) of AC did not allow it to be used as a substrate. Static cultivation was carried out for 20 days with Gluconacetobacter hansenii in 500 mL Erlenmeyer flasks containing 100 mL of culture medium with 44.5 gDQO.L-1 (M or V) or 44.5 gDQO.L-1 supplemented with 13 g.L-1 sucrose (MS or VS). Biocellulose membranes were obtained in media with and without sucrose supplementation. The supplemented media resulted in a biocellulose mass value 1.5 times higher than the unsupplemented media. The use of vinasse supplemented with sucrose resulted in more homogeneous and thicker membranes with a higher mass (72.47 mg). This value was 9.75 % lower than the Hestrin and Schramm medium (standard). The residual substrate concentration after 20 days of cultivation ranged from 45 to 62 g DQO.L-1. This high concentration of organic matter justifies the use of this substrate in another bioprocess, such as anaerobic biogas production. To this end, the production of biocellulose on an industrial scale was estimated and the residual concentration of the substrate from this process was used to produce biogas in anaerobic sequencing batch bioreactors (AnSBBR). Considering that the entire vinasse production of a large plant (3,61 x 105 m3.month-1) was destined for biocellulose production, it was estimated that 1,79 x 1010 bioreactors would be needed to produce 1254 tonnes of biocellulose. The production of biogas was estimated at 15,624 L.day-1, assuming that all the residual substrate (1,21 x 106 m3.month-1) from the biocellulose production process was used to produce methane. This biogas would be produced in 29 bioreactors of 27,297 m3 operating in parallel to simulate continuous operation, and the system would allow the production of 9,66 x 104 kWh.day-1 of energy.