USO DE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO PARA AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS OBTIDO DA ÁGUA RESIDUÁRIA DO CAFÉ

Abstract

Agribusiness stands out for its participation in the Brazilian economy and for the expressive generation of jobs and income. In this sector, coffee activity is of great importance, with Brazil being the world s largest producer and exporter of this grain. However, its cultivation generates a large amount of waste that, if not properly treated, can be highly harmful in causing impacts and imbalances to the environment. When the coffee is processed in a wet way, an effluent with a high organic content, called coffee wastewater (ARC), is generated. The objective was to study the potential of biogas production from ARC in a rural property in Minas Gerais. Samples treated with wet conditions, collected on a farm that produces Arabica coffee, were considered in Conselheiro Pena Minas Gerais. The samples were subjected to physicalchemical analysis and then the production of methane, which makes up the biogas, was evaluated by stoichiometric calculation. It was found that the amount of methane generated was not sufficient to justify the energy use of ARC for the studied rural property. An alternative would be the co-digestion to increase the organic load and, consequently, the potential for energy generation. 49 Citação (APA): Malaquias, E. O. Pereira-Junior, A. A. M., da Silveira, P. H. P. M., Altoé, L., & Teles, C. R. (2021). Análise do potencial energético da produção da água residuária do café em uma propriedade rural de Minas Gerais. Brazilian Journal of Production Engineering, 7(2),48-58. Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-Não Comercial-Compartilha Igual 4.0 Internacional. Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Editora UFES/CEUNES/DETEC. INTRODUÇÃO De acordo com a Organização das Nações Unidas (ONU, 2012), a população mundial será superior a 8 bilhões de pessoas em 2024 e irá ultrapassar os 9,5 bilhões de habitantes em 2050. O aumento populacional carrega consigo a necessidade de se obter recursos que sejam suficientes para suprir as necessidades da humanidade, como produtos de manufatura, bens essenciais como alimentos, água e energia (Saath & Fachinello, 2018). Algumas projeções apontam que o consumo mundial de energia deve aumentar cerca de 28% entre 2015 a 2040, e o suprimento a longo prazo da Terra pode ser comprometido devido aos padrões de produção e consumo de energia atuais, baseados em fontes fósseis que contribuem para o aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE) e outros poluentes (Kamran et al., 2020). O consumo crescente e a preocupação com relação às questões socioambientais causadas pelas fontes tradicionais incentivaram os governos e a sociedade a pensarem em novas alternativas para geração de energia (Mohammadi & Mehrpooya, 2018). Entre tais ações, está a Agenda 2030 das Nações Unidas, que se refere a um plano de ação global para erradicar a pobreza, proteger o planeta e garantir que as pessoas alcancem a paz e a prosperidade. Esta Agenda é composta por 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), entre eles, o Objetivo do Desenvolvimento Sustentável (ODS) 7 (Energia acessível e Limpa) que tem a missão de “assegurar o acesso confiável, sustentável, moderno e a preço acessível à energia, para todos”. Foram propostas três metas para o atendimento da ODS 7, dentre as quais pode-se ressaltar o aumento substancial da participação de fontes renováveis na matriz energética global (ONU, 2015). O Relatório do Balanço Energético Nacional, publicado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2020), tendo por base o ano de 2019, apresenta a matriz energética brasileira com 46,1% da oferta interna advinda de fontes renováveis, onde 8,4% é proveniente da biomassa. De acordo com dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2019), a utilização da biomassa para geração de energia elétrica tem aumentado no país, com a utilização de sistemas de cogeração nos setores industriais e de serviços. A energia proveniente de biomassa é definida como uma fonte de energia produzida a partir de materiais biológicos não fósseis, podendo vir dos habitats oceânicos e de água doce, assim como da terra (Eichler et al., 2015). Entre as formas de aproveitamento de energia da biomassa, está o biogás, o qual pode ser produzido a partir de resíduos agrícolas, resíduos sólidos urbanos, lodo de esgoto e diversos resíduos agroindustriais orgânicos (Demirel, 2014). Segundo o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA, 2019), o Brasil ocupa a primeira posição no ranking mundial em relação à produção e exportação de café, e a segunda posição em relação ao consumo desta bebida. Apenas em 2017, na pauta da exportação, este produto chegou a movimentar US$ 5,2 bilhões, com 30,9 milhões de sacas, classificando-se como o quinto produto mais exportado pelo agronegócio. Dados do Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada (CEPEA, 2019) demonstraram que o agronegócio representou 21,1% do Produto Interno Bruto em 2018. A produção do café, neste contexto, representou 4,37% do Valor Bruto da Produção (VBP) – Lavouras e Pecuária (MAPA, 2019). 50 Citação (APA): Malaquias, E. O. Pereira-Junior, A. A. M., da Silveira, P. H. P. M., Altoé, L., & Teles, C. R. (2021). Análise do potencial energético da produção da água residuária do café em uma propriedade rural de Minas Gerais. Brazilian Journal of Production Engineering, 7(2),48-58. Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-Não Comercial-Compartilha Igual 4.0 Internacional. Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Editora UFES/CEUNES/DETEC. Segundo Jang et al. (2015), os resíduos provenientes do beneficiamento do café consistem em um recurso potencial de biomassa que podem ser processados, de tal modo a viabilizar projetos de geração de energia. Dentre as atividades agroindustriais, os processos de lavagem e descascamento de materiais, como os frutos do cafeeiro, geram águas residuárias ricas em material orgânico e inorgânico que, se não tratadas, podem causar efeitos tóxicos ao meio ambiente e à saúde humana (Tran et al., 2015; Garcia et al., 2017; Xiao et al., 2017). CruzSalomon et al. (2017) afirmam que os volumes gerados de água residuária de café (ARC) são, normalmente, ricos em matéria orgânica em suspensão, assim como componentes orgânicos e inorgânicos em solução que se tornam importantes para a produção de biogás. O biogás consiste em uma mistura de gases resultantes das reações bioquímicas de decomposição anaeróbica da matéria orgânica presente em efluentes. Sua composição típica é: metano (CH4) (40 a 90%), dióxido de carbono (CO2) (10 a 50%), hidrogênio (H2) (0 a 3%), nitrogênio (N2) (0 a 2,5%), oxigênio (O2) (0 a 1%), sulfeto de hidrogénio (H2S) (0 a 3%), amônia (NH3) (1 a 0,5%) e monóxido de carbono (CO) (0 a 0,1%) (Bilotta & Ross, 2016). Vale destacar que o aproveitamento do gás metano proveniente de ARCs traz consigo diversos benefícios ambientais, econômicos e sociais, reforçando as diretrizes estabelecidas pela Política Nacional de Mudanças do Clima (Lei no 12.187/2009) para a redução de emissões de gases do efeito estufa (GEEs) decorrente do processo biológico de decomposição da matéria orgânica (Bilotta & Ross, 2016). Essas águas residuárias lançadas nos cursos d’água prejudicam seu uso e formam zonas anaeróbias, com liberação de metano, fenóis e ácido sulfídrico, cujo odor desagradável afeta as populações ribeirinhas (Pinto, 2001). Os fenóis são tóxicos, carcinogênicos, mutagênicos e teratogênicos, podem inibir o crescimento dos microrganismos nos processos biológicos de tratamento e, em concentrações acima de 1 mg L, afetam a vida aquática (Veeresh et al., 2005). Considerando a crescente demanda por energia, somada à escassez de recursos, a necessidade de investimentos em fontes renováveis de energia e a preocupação ambiental, relacionada ao destino dos resíduos agrícolas, o presente estudo propõe uma alternativa para substituir a disposição da ARC no solo e corpos hídricos, optando por sua inserção no processo produtivo como insumo energético nas atividades da cafeicultura. Para isso, foi avaliada a produção de biogás em uma propriedade rural no município de Conselheiro Pena – MG, com emprego de cálculos estequiométricos para quantificar a produção de biogás proveniente da ARC.