Resíduos do processamento da laranja aplicados na produção de biogás em biossistemas integrados

Abstract

O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de laranja, gerando grandes quantidades de resíduos agroindustriais compostos por cascas, sementes e polpa. Esses resíduos apresentam elevado potencial para a produção de biocombustíveis devido à sua alta concentração de matéria orgânica e carboidratos fermentáveis. Neste contexto, o presente trabalho avaliou a produção integrada de hidrogênio (H₂) e metano (CH₄) a partir de resíduos do processamento da laranja submetidos a diferentes condições de pré-tratamento alcalino. Os resultados demonstraram que o pré-tratamento exerceu influência significativa sobre a eficiência dos processos fermentativos. Na etapa acidogênica, a maior produção de hidrogênio foi obtida com a aplicação de 0,3% de NaOH em pH 6,5, atingindo 425,0 mL H₂ L⁻¹, valor estatisticamente superior à maioria dos tratamentos avaliados, além de elevada remoção de carboidratos (92,51%). Os tratamentos submetidos a pH 11 também apresentaram elevados potenciais de produção de hidrogênio, alcançando até 385,7 mL H₂ L⁻¹, porém com longos períodos de adaptação microbiana, evidenciados por tempos de latência superiores a 27 horas. Em contraste, os tratamentos conduzidos em pH 5,5 apresentaram produções intermediárias, variando entre 96,0 e 184,0 mL H₂ L⁻¹. Na etapa metanogênica, os efluentes provenientes dos reatores acidogênicos foram convertidos em metano com elevadas eficiências de remoção de matéria orgânica. O melhor desempenho foi observado no tratamento contendo 0,3% de NaOH associado à adição de extrato de levedura e consórcio microbiano autóctone em pH 5,5, que apresentou produção acumulada de 1.087 mL CH₄ L⁻¹, potencial máximo estimado de 1.012,3 mL CH₄ L⁻¹ e remoções de DQO e carboidratos de 96,18% e 87,39%, respectivamente. Resultados semelhantes foram observados para o tratamento sem pré-tratamento em pH 5,5, que alcançou 1.030 mL CH₄ L⁻¹ e remoção de DQO de 96,07%, indicando elevada capacidade de conversão da matéria orgânica residual em metano. Por outro lado, a condição contendo 4% de NaOH em pH 6,5 apresentou o menor desempenho, com apenas 85 mL CH₄ L⁻¹. Conclui-se que a digestão anaeróbia em duas etapas constitui uma alternativa promissora para a valorização energética de resíduos da citricultura.

Brazil is one of the world's largest orange producers, generating substantial amounts of agro-industrial residues composed of peels, seeds, and pulp. These residues present significant potential for biofuel production due to their high organic matter and fermentable carbohydrate contents. In this context, the present study evaluated the integrated production of hydrogen (H₂) and methane (CH₄) from orange processing residues subjected to different alkaline pretreatment conditions. The results demonstrated that pretreatment significantly influenced the efficiency of the fermentation processes. In the acidogenic stage, the highest hydrogen production was achieved with 0.3% NaOH at pH 6.5, reaching 425.0 mL H₂ L⁻¹, a value significantly higher than most of the evaluated treatments, along with a high carbohydrate removal efficiency (92.51%). Treatments conducted at pH 11 also exhibited high hydrogen production potentials, reaching up to 385.7 mL H₂ L⁻¹; however, they showed prolonged microbial adaptation periods, evidenced by lag phases exceeding 27 hours. In contrast, treatments performed at pH 5.5 resulted in intermediate hydrogen yields, ranging from 96.0 to 184.0 mL H₂ L⁻¹. In the methanogenic stage, the effluents generated from the acidogenic reactors were successfully converted into methane with high organic matter removal efficiencies. The best performance was observed in the treatment containing 0.3% NaOH combined with yeast extract and an autochthonous microbial consortium at pH 5.5, which achieved cumulative methane production of 1,087 mL CH₄ L⁻¹, a maximum methane production potential of 1,012.3 mL CH₄ L⁻¹, and chemical oxygen demand (COD) and carbohydrate removals of 96.18% and 87.39%, respectively. Similar results were obtained for the untreated residue at pH 5.5, which produced 1,030 mL CH4 L⁻¹ and achieved a COD removal efficiency of 96.07%, indicating a high capacity for converting residual organic matter into methane. Conversely, the treatment containing 4% NaOH at pH 6.5 showed the poorest performance, producing only 85 mL CH₄ L⁻¹. The findings demonstrate that two-stage anaerobic digestion is a promising strategy for the energy recovery of citrus processing residues.