Produção sustentável de biohidrogênio e biometano a partir da digestão anaeróbia de resíduos da cadeia de processamento e comercialização da banana
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Data
Autores
Orientador
Stradiotto, Nelson Ramos 
Coorientador
Maintinguer, Sandra Imaculada
Pós-graduação
Bioenergia - IPBEN
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
A crescente demanda por soluções sustentáveis no setor agroindustrial e alimentício tem incentivado pesquisas sobre o aproveitamento de resíduos orgânicos para geração de bioenergia. Nesse cenário, resíduos da cadeia de processamento e comercialização da banana foram estudados como substratos para digestão anaeróbia, visando produzir biohidrogênio (bioH₂) e biometano (bioCH₄). A investigação englobou estudos de biodigestão de bananas impróprias para consumo e também da água residuária do processamento industrial da banana (ARPB). Além disso, técnicas de delineamento experimental e metodologia de superfície de resposta visando otimizar variáveis operacionais (temperatura, pH e relação substrato/inóculo) dos biorreatores e técnicas de digestão anaeróbia em sistemas de estágio único (produção direta de bioCH4 em biorreator metanogênico) e duplo estágio (produção sequencial de bioH₂ e bioCH₄) para a ARPB foram avaliadas. Nos ensaios de fermentação dos resíduos de comercialização da banana, a alta disponibilidade de açúcares de fácil fermentação resultaram em uma produção de bioH₂ 265,47 mL bioH2/gSTV. Com relação à fermentação da ARPB, a produção máxima de 210,82 NmL bioH₂/g TC foi obtida com a codigestão de 2,0 g TC/L do substrato com esgoto sintético. Em contrapartida, um maior rendimento de produção de bioH₂ da ARPB (241,5 NmL/gCT) foi obtido nas condições 37,5 °C; pH 5,75; S/I de 2,35 (ponto central do delineamento experimental) no estudo de otimização das variáveis operacionais, sem a necessidade de codigestão com esgoto sintético, o que evidenciou o planejamento experimental como uma técnica eficaz para a maximização da produção de bioH₂. Para as duas configurações reacionais avaliadas para o tratamento da ARPB visando a produção de bioCH₄, o maior rendimento de biometano foi obtido para o sistema de estágio único (602 NmLCH₄/gDQO), resultando em um maior aproveitamento energético (24,41 MJ/kgDQO). Em contrapartida, o ensaio que compõe o segundo estágio de biodigestão da ARPB apresentou um rendimento de 340 NmLCH₄/gDQO e aproveitamento energético de apenas 19,44 MJ/kgDQO. Com base nestes resultados, a valorização dos resíduos da cadeia de processamento e comercialização da banana por meio da digestão anaeróbia tem se mostrado como uma estratégia sustentável que pode aliar o tratamento eficiente de resíduos à geração de bioenergia, contribuindo para a mitigação dos impactos ambientais e para o fortalecimento da economia circular no setor agroindustrial.
Resumo (inglês)
The growing demand for sustainable solutions in the agricultural and food industries has driven research into using organic waste to generate bioenergy. In this context, residues from the banana processing and commercialization chain were investigated as substrates for anaerobic digestion to produce biofuels such as biohydrogen (bioH₂) and biomethane (bioCH₄). This research included studies on the biodigestion of bananas that were unsuitable for consumption, as well as the banana processing wastewater (BPW). Additionally, the use of experimental
design techniques and response surface methodology to optimize the operational variables (temperature, pH, and substrate/inoculum ratio) of bioreactors were evaluated, as well as anaerobic digestion in single-stage (single production of bioCH₄ in a methanogenic bioreactor) and two-stage (sequential production of bioH₂ and bioCH₄ in different bioreactors) systems for ARPB. During fermentation assays with banana residues, the abundance of easily fermentable sugars resulted in the production of 265.47 mL of bioH₂ per g TVS. Regarding the fermentation
of BPW, the maximum production of 210.82 NmL of bioH₂/g TC was obtained through the codigestion of 2.0 g TC/L of substrate in synthetic sewage. However, a higher bioH₂ production yield (241.5 NmL/gTC) was obtained at 37.5 °C, pH 5.75, and an S/A of 2.35 (central point of the experimental design) in the BPW fermentation optimization study. These results demonstrated that the experimental design is an effective method for maximizing bioH₂ production. Regarding the two reaction configurations evaluated for treating BPW to bioCH₄ production, the single-stage system had the highest biomethane yield (602 NmLCH₄/gCOD) and energy recovery (24.41 MJ/kgCOD). On the other hand, the BPW biodigestion in the twostage system showed a yield of 340 NmL CH₄/g COD and an energy recovery of 19.44 MJ/kg COD. These results demonstrate that valorizing waste from the banana processing and distribution chain through anaerobic digestion is a sustainable strategy that combines efficient waste treatment with bioenergy generation. This approach contributes to mitigating environmental impacts and strengthening the circular economy in the agro-industrial sector.
Descrição
Palavras-chave
Digestão anaeróbia, Biometano, Biohidrogênio, Água residuária do processamento da banana, Resíduos da banana, Biodigestão em dois estágios, Planejamento experimental, Banana residues, Biomethane, Biohydrogen, Anaerobic digestion, Energy recovery
Idioma
Português
