Purificação de Biogás através do Uso de um Sistema Microalga-Bacteriano em Lagoas Semi-Industriais de Algas de Alta Taxa

Nos últimos anos, várias tecnologias têm surgido para purificar o biogás em biometano, promovendo seu uso como combustível não fóssil, mitigando, assim, as emissões indesizáveis de metano¹. A poluição do ar é um problema que afeta a maior parte da população mundial, particularmente em áreas urbanizadas; Em última análise, cerca de 92% da população mundial respira ar poluído². Na América Latina, os índices de poluição do ar são gerados principalmente pelo uso de combustíveis, sendo que, em 2014, 48% da poluição do ar foi provocada pelo setor de produção de eletricidade e calor³.

Na última década, mais e mais estudos sobre a relação entre poluentes no ar e o aumento das taxas de mortalidade têm sido propostos, argumentando que há uma forte correlação entre ambos os conjuntos de dados, particularmente em populações infantis.

Como forma de evitar a continuação da poluição atmosférica, várias estratégias têm sido propostas; uma delas é o uso de fontes renováveis de energia, incluindo turbinas eólicas e células fotovoltaicas, que diminuem a liberação de CO₂ na atmosfera ^4,5. Outra fonte de energia renovável provém do biogás, subproduto da digestão anaeróbia da matéria orgânica, produzida juntamente com um digestato orgânico líquido⁶. Esse gás é composto por uma mistura de gases e suas proporções dependem da fonte de matéria orgânica utilizada para digestão anaeróbia (lodo de esgoto, esterco bovino ou biorresíduos agroindustriais). Geralmente, essas proporções são CH₄ (53%-70%vol), CO₂ (30%-47%vol), N₂ (0%-3%vol), H₂O (5%-10%vol), O₂ (0%-1%vol), H₂S (0-10.000 ppmv), NH₃ (0-100 ppmv), hidrocarbonetos (0-200 mg/m³) e siloxanos (0-41 mg/m³)^7,8,9, onde a comunidade científica está interessada no gás metano por ser este o componente energético renovável da mistura.

No entanto, o biogás não pode ser simplesmente queimado como obtido porque os subprodutos da reação podem ser nocivos e contaminantes; Isso aumenta a necessidade de tratar e purificar a mistura para aumentar a porcentagem de metano e diminuir o restante, essencialmente convertendo-o em biometano¹⁰. Esse processo também é conhecido como atualização. Embora atualmente existam tecnologias comerciais para esse tratamento, essas tecnologias apresentam diversos inconvenientes econômicos e ambientais 11,12,13. Por exemplo, sistemas com lavagem de carvão ativado e água (ACF-WS), lavagem sob pressão de água (PWS), permeação de gás (GPHR) e adsorção por oscilação de pressão (PSA) apresentam algumas desvantagens econômicas ou outras de impacto ambiental. Uma alternativa viável (Figura 1) é o uso de sistemas biológicos como os que combinam microalgas e bactérias cultivadas em fotobiorreatores; Algumas vantagens incluem a simplicidade de projeto e operação, o baixo custo operacional e suas operações e subprodutos ecologicamente corretos 10,13,14. Quando o biogás é purificado em biometano, este pode ser utilizado como substituto do gás natural, e o digerido pode ser implementado como fonte de nutrientes para apoiar o crescimento de microalgas no sistema¹⁰.

Um método amplamente utilizado neste procedimento de atualização é o crescimento de microalgas em fotorreatores de pista aberta acoplado a uma coluna de absorção, devido aos menores custos de operação e ao mínimo capital de investimento necessário⁶. O tipo de reator de pista de corrida mais utilizado para esta aplicação é o lago de algas de alta taxa (HRAP), que é um lago de pista raso onde a circulação do caldo de algas ocorre através de uma roda de remo de baixa potência¹⁴. Esses reatores necessitam de grandes áreas para sua instalação e são muito suscetíveis à contaminação se utilizados em condições externas; em processos de purificação de biogás, recomenda-se o uso de condições alcalinas (pH > 9,5) e o uso de espécies de algas que prosperam em níveis mais elevados de pH para aumentar a remoção de CO₂ e H₂S, evitando contaminação^15,16.

Este trabalho teve como objetivo determinar a eficiência do tratamento de biogás e a produção final de biometano utilizando fotobiorreatores HRAP acoplados a um sistema de coluna de absorção-dessorção e um consórcio de microalgas.