Produção de biogás e etanol a partir de sorgo sacarino

Abstract

Diante da limitação das reservas mundiais e da instabilidade dos preços dos combustíveis fósseis, assim como da necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, o interesse por fontes de energia renováveis tem crescido significativamente. O sorgo sacarino oferece múltiplas possibilidades de uso, apresenta produtividade satisfatória e pode ser alternativa para a geração de energia líquida e gasosa, evitando a ociosidade das usinas na entressafra da cana-de-açúcar. Neste estudo, avaliou-se o desenvolvimento da cultivar IPA 467 de sorgo sacarino durante o período de entressafra da cana-de-açúcar, bem como os efeitos da adubação de cobertura com vinhaça de cana-de-açúcar biodigerida, combinada ou não com NPK 20-00-20 e ureia, nas características biométricas das plantas e na produção de etanol do caldo, utilizando levedura selecionada (FT 858) e fermento prensado. A produção de biogás da mesma matéria-prima foi avaliada em um sistema de digestão anaeróbia composto por dois reatores UASB em série, operados com cargas orgânicas volumétricas (COV) crescentes de até 22,3 g DQOtotal (L d)-1, atingindo produção volumétrica de metano superior a 1,0 L CH4 (L d-1), potencializada pela adição do biochar do bagaço de sorgo ao afluente do sistema. A vinhaça de sorgo também foi submetida a digestão anaeróbia em reator UASB convencional de estágio único, apresentando potencial de produção de metano inferior ao do caldo de sorgo. Análises microbiológicas revelaram que os filos bacterianos mais abundantes no lodo dos reatores R1 e R2 na digestão anaeróbia do caldo de sorgo foram Bacteroidota, Firmicutes e Actinobacteriota, enquanto as arqueas metanogênicas mais recorrentes foram do gênero Methanobacterium, evidenciando predominância da via hidrogenotrófica na produção de metano. O biogás produzido na digestão anaeróbia do caldo de sorgo sacarino apresentou potencial estimado de geração de energia elétrica de até 0,3 kWd-1, valor superior ao do etanol e da vinhaça, evidenciando vantagem no estabelecimento do cultivo de sorgo sacarino para a produção de energia gasosa, em detrimento da produção de etanol, oferecendo contribuição efetiva para melhor balanceamento energético nas destilarias de cana-de-açúcar, principalmente no período de entressafra.

Given the limitation of global reserves and the instability of fossil fuel prices prices, as well as the need to reduce greenhouse-gas emissions, interest in renewable energy sources has grown significantly. Sweet sorghum offers multiple possibilities for use, presents satisfactory productivity and can be an alternative for generating liquid and gaseous energy, avoiding idleness of plants during the sugarcane off-season. In this study, the development of the sweet sorghum cultivar IPA 467 was evaluated during the sugarcane off-season period, as well as the effects of top dressing with biodigested sugarcane vinasse, combined or not with NPK. 20-00-20 and urea, on the biometric characteristics of the plants and on the ethanol production of the broth, using selected yeast (FT 858) and baker's yeasts. The production of biogas from the same raw material was evaluated in an anaerobic digestion system composed of two UASB reactors in series, operated with increasing of organic loading rate (OLR) of up to 22.3 g total COD (L d)-1, achieving production methane volume exceeding 1.0 L CH4 (L d)-1, enhanced by the addition of sorghum bagasse biochar to the system's influent. Sorghum vinasse was also subjected to anaerobic digestion in a conventional single-stage UASB reactor, presenting a lower methane production potential than sorghum broth. Microbiological analyzes revealed that the most abundant bacterial phyla in the sludge from reactors R1 and R2 in the anaerobic digestion of sorghum broth were Bacteroidota, Firmicutes and Actinobacteriota, while the most recurrent methanogenic archaea were from the genus Methanobacterium, demonstrating the predominance of the hydrogenotrophic pathway in methane production. The biogas produced in the anaerobic digestion of sweet sorghum broth had an estimated potential for generating electrical energy of up to 0.3 kWd-1, a value higher than that of ethanol and vinasse, demonstrating an advantage in establishing the cultivation of sweet sorghum for the production of gaseous energy, to the detriment of ethanol production, offering an effective contribution to better energy balance in sugarcane distilleries, especially in the off-season period.