Fundamentos do Processo de Digestão Anaeróbia

O que é digestão anaeróbia?

A digestão anaeróbia, ou simplesmente biodigestão, é um processo natural de decomposição (apodrecimento, putrefação, etc.) da matéria orgânica (resíduos) que ocorre pela ação de micro-organismos em ambientes sem a presença de oxigênio atmosférico livre.

A decomposição ocorre de forma natural e espontânea na natureza, está presente na base da cadeia alimentar, proporcionando a reciclagem de nutrientes.

A digestão anaeróbia promove a reciclagem de nutrientes.

O processo anaeróbio ocorre em ambientes como em pântanos, banhados, lavouras de arroz, em lodo de reservatórios de hidrelétricas, lodo de esgoto ou em qualquer ambiente que possua resíduos orgânicos sedimentados, sem contato direto com a atmosfera.

Da mesma forma que citado nos exemplos anteriores, os resíduos orgânicos depositados em lixões ou aterros sanitários também sofrem a ação de micro-organismos anaeróbios e produzem biogás, esse se não captado para ser queimado em um flare ou destinado para uso energético, ao ser emitido para a atmosfera causa um agravamento do efeito estufa contribuindo para intensificar o aquecimento global e as mudanças climáticas.

Os micro-organismos anaeróbios também podem atuar em simbiose com diversos animais. Um exemplo é o sistema digestivo dos ruminantes. O rúmen caracteriza-se como um ecossistema anaeróbio com uma microflora e microfauna que possibilita o aproveitamento eficiente de vários nutrientes, essencial na manutenção corporal e produção do bovino. 

Ao converter substratos orgânicos em metano a digestão anaeróbia também é denominada de biometanização.

Desta forma, o dejeto bovino (esterco) é um substrato rico em micro-organismos anaeróbio, muito aplicado como inóculo para dar a partida (startup) em reatores anaeróbios.

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Quais são os micro-organismos que atuam na digestão anaeróbia?

A microbiologia do processo de digestão anaeróbia é composta por um consórcio diversificado de grupos de micro-organismos que atuam simultaneamente em várias etapas do processo, os quais constituem um delicado ecossistema com interações complexas.

Os substratos consumidos pelas bactérias, responsáveis pela primeira fase do processo (hidrólise), são convertidos (excretados) em novos produtos, os quais serão a base alimentar do próximo grupo de bactérias. Nesse ambiente de mutualismo e comensalismo entre diversos micro-organismos, cada grupo possui um comportamento fisiológico próprio, o que refletirá em diferentes atividades metabólicas de degradação da matéria orgânica.
No processo de digestão anaeróbia destacam-se micro-organismos classificados dentro dos domínios "Bacteria" e "Archaea" (arqueia ou arqueas).

Quais são as etapas do processo de digestão anaeróbia?

Sobre os fundamentos do processo de digestão anaeróbia é importante destacar que é composto por quatro fases distintas, a citar: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. No entanto, também ocorre concomitantemente uma fase denominada sulfetogênese, responsável pela redução de sulfatos.

• Hidrólise - é a primeira fase do processo de digestão anaeróbia. Também considerada como a fase sólida, onde a matéria orgânica insolúvel é convertida em matéria orgânica solúvel. Sua ação irá facilitar a absorção do substrato pelas paredes celulares das bactérias acidogênicas;
• Acidogênese - os micro-organismos que atuam nesta fase consomem os produtos solúveis oriundos da fase de hidrólise. Esses materiais são metabolizados no interior das células produzindo (excretando) compostos mais simples, tais como: ácidos orgânicos (acético, propiônico e butírico), álcoois (etanol), cetonas (acetona), dióxido de carbono e hidrogênio, além de novas células;
• Acetogênese - assim como a acidogênese, é considerada como uma a fase líquida do processo de digestão anaeróbia. É uma fase  responsável pela oxidação das substâncias geradas na fase de acidogênese produzindo ácidos orgânicos pela ação das bactérias sintróficas acetogênicas. Os produtos oriundos dessa fase são: acetato, hidrogênio e dióxido de carbono;
• Metanogênese - última fase da biometanização da matéria orgânica, que é considerada como uma etapa gasosa do processo. Nesta etapa atuar as arqueas metanogênicas, consumindo acetato, hidrogênio e dióxido de carbono como fonte de energia para o seu metabolismo. Como resultado metabólica as arqueas produzem gás carbônico e metano.
• Sulfetogênese - ocorre pela ação de bactérias redutoras de sulfato. As bactérias redutoras de sulfato competem com as arqueas metanogênicas pelo consumo dos mesmos substratos (acetato e hidrogênio), contribuindo para redução da produção de metano. Entretanto, do ponto de vista de remoção de Demanda química de oxigênio (DQO), as sulforedutoras são mais eficientes que as arqueas metanogênicas.

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Quais são os produtos gerados no processo de digestão anaeróbia?

O biogás é o principal produto do processo de digestão anaeróbia. É uma mistura de gases composta principalmente por gás carbônico (CO₂) e gás metano (CH₄), dentre outros gases presentes em menor concentração.

O metano é o único elemento combustível presente no biogás. A presença de gás carbônico, entre outros gases em menor concentração causam ao biogás uma redução do seu poder calorífico.

O processo de limpeza e purificação no biogás, também contribui para elevar o poder calorífico.

Assim como, a presença de impurezas causam desgastes e corrosões em tubulações e equipamentos. Por esse motivo é importante considerar processos de limpeza e purificação do biogás, de acordo com consumo de biogás destinado para cada aplicação aplicação final, seja a queima em caldeiras, ou sistemas de aquecimento, ou geração de energia elétrica, uso como combustível veicular, etc.

O gás carbônico produzido no processo também é um produto que pode ter destino comercial, principalmente para industrias de alimentos e bebidas, na produção de extintores de incêndio, ou uso como anestésico em animais que vão para o abate, ou destinado para regulação do pH de águas em aquário, entre outras aplicações.

Outro produto obtido pela digestão anaeróbia é o digestato (material que passou pelo processo de digestão anaeróbica, o qual pode possuir características fertilizantes). O digestato pode ser líquido (efluente do reator) ou sólido (substrato com partículas sólidas de maior dimensão normalmente não degradadas e sedimentados no fundo dos reatores). A sua aplicação como biofertilizante estará deretamente relacionada a análises de caracterização do digesto após processo de biodigestão. Seu uso como fertilizante dependeram dos resultados das análises que irão determinar se os parâmetros avaliados estão de acordo com as normas e leis vigentes que autorizam sua aplicação.

Os critérios para o uso agronômico do digestato estabelece pontos importantes de caracterização do digestato e definição dos limites ambientais para aplicação do digestato.

Para explorar outros conceitos, acesse o nosso Glossário.

Obrigado e boa leitura!

Heleno Quevedo de Lima

Engenheiro, mestre e doutor em Energia. Pesquisador, especialista em biogás, entusiasta no desenvolvimento e consolidação do mercado de biogás/biometano. Atua como consultor de projetos e contribui para disseminação de conteúdo, notícias e conhecimento na área de biogás e energia solar.

Atualizado em: 10 de fevereiro de 2021.

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