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A misteriosa jornada da digestão anaeróbica: como os microrganismos mostram seus talentos em um ambiente livre de oxigênio?
A digestão anaeróbica é um processo surpreendente no qual os microrganismos são capazes de degradar eficientemente materiais biodegradáveis em um ambiente livre de oxigênio. Sendo uma importante biotecnologia, a digestão anaeróbica pode ser usada na indústria ou em casa para ajudar a gerir resíduos e produzir combustível. Quer seja utilizada na fermentação de alimentos e bebidas ou em fermentações caseiras, a digestão anaeróbica desempenha constantemente as suas funções.
O processo de digestão anaeróbica pode ocorrer naturalmente em alguns solos e sedimentos lacustres e oceânicos e é frequentemente referido como "atividade anaeróbica".
Esse processo passa por quatro etapas principais: hidrólise, acidificação, acetação e geração de metano. O primeiro passo na digestão anaeróbica é a hidrólise do material de entrada pelas bactérias, convertendo polímeros orgânicos insolúveis (como carboidratos) em derivados solúveis que podem ser utilizados por outras bactérias. As bactérias geradoras de ácido convertem açúcares e aminoácidos em dióxido de carbono, hidrogênio, amônia e ácidos orgânicos. Na fase subsequente de acetogênese, as bactérias convertem esses ácidos orgânicos novamente em ácido acético e novamente em outros compostos, como amônia, hidrogênio e dióxido de carbono. Finalmente, as archaea metanogênicas convertem esses produtos em metano e dióxido de carbono.
Esse processo não apenas converte resíduos em energia útil, mas também reduz as emissões de gases de aterros sanitários.
A digestão anaeróbica é particularmente amplamente utilizada no tratamento de águas residuais e na gestão de resíduos. Durante o processo, o biogás gerado consiste em metano, dióxido de carbono e outros gases “poluentes”. Este biogás pode ser usado diretamente como combustível, ou alimentado em um gerador de gás que combina calor e eletricidade, ou mesmo atualizado para biometano com qualidade de gás quase natural. À medida que cresce o interesse na reutilização de resíduos, os governos de muitos países, como o Reino Unido e a Alemanha, também começam a mostrar maior interesse na digestão anaeróbica.
O processo de digestão anaeróbica
Na digestão anaeróbica, muitos microrganismos estão envolvidos, incluindo bactérias produtoras de ácido acético e arquéias produtoras de metano. Esses microrganismos facilitam uma série de reações químicas à medida que convertem biomassa em biogás. Em sistemas anaeróbicos, a participação do oxigênio gasoso é excluída sob restrições físicas, e os organismos anaeróbicos utilizam outros aceitadores de elétrons além do oxigênio. Esses receptores podem vir do próprio material orgânico ou podem ser fornecidos por óxidos inorgânicos no material de entrada.
Quatro etapas principais
Os quatro estágios principais da digestão anaeróbica são hidrólise, acidificação, acetificação e geração de metano. Juntos, esses estágios degradam bioquimicamente a matéria orgânica, como a glicose, em dióxido de carbono e metano. A seguir está o processo detalhado de cada etapa:
Hidrólise
Normalmente, a biomassa consiste em grandes polímeros orgânicos. Para que as bactérias na digestão anaeróbica utilizem a energia destes materiais, estas cadeias devem primeiro ser divididas em componentes mais pequenos. Este processo, denominado hidrólise, decompõe moléculas orgânicas complexas em açúcares simples, aminoácidos e ácidos graxos.
Acidificação
A acidificação é um processo biológico no qual os componentes restantes são posteriormente degradados por bactérias produtoras de ácido. Durante esta fase, são formados subprodutos como ácidos graxos voláteis, amônia, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. Este processo é semelhante ao modo como o leite azeda.
Acetação
Durante a fase de acetificação, as moléculas simples são ainda mais degradadas pelas bactérias produtoras de ácido acético, produzindo em última análise a maior parte do dióxido de carbono e do hidrogénio.
Geração de metano
A etapa final da digestão anaeróbica é a produção de metano. Nesse processo, as metanoarqueias utilizam intermediários de etapas anteriores para se converterem em metano e água, e esses componentes constituem a maior parte do biogás produzido no sistema.
Projeto do digestor
Os digestores anaeróbicos podem ser projetados em muitas configurações diferentes e classificados de acordo com diferentes modos de processo, como batelada ou contínuo. Os processos contínuos requerem projetos mais complexos, mas como os processos em lote exigem maiores custos iniciais de construção, os processos contínuos podem ser mais econômicos em termos de custo. Os digestores podem ser divididos em processos com alto teor de sólidos e processos com baixo teor de sólidos, dependendo do teor de sólidos a serem processados. De modo geral, os processos com baixo teor de sólidos podem ter teores de sólidos abaixo de 15%, enquanto os processos com alto teor de sólidos podem ter teores de sólidos acima deste nível.
À medida que a tecnologia avança, alguns países como a Alemanha e os Estados Unidos começaram a explorar novas estratégias de digestão anaeróbica, com o objetivo de melhorar ainda mais a eficiência do processo e, em última análise, alcançar uma forma mais sustentável de gestão de resíduos.
Estes desenvolvimentos não só permitem a reciclagem de resíduos, mas também promovem a utilização e o desenvolvimento de energias renováveis.
A digestão anaeróbica é uma jornada de sinergia sutil de microrganismos. Existem muitos mistérios e potenciais ocultos neste processo, que merecem nosso estudo e exploração mais aprofundados. Podemos usar essa sabedoria de forma mais inteligente no futuro dos resíduos e da energia?
