Otimização da produção de hidrogênio por digestão anaeróbio com resíduo do processamento industrial da banana usando metodologia de superfície de resposta - Ribeiro, Gabriel Silva [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
A fruticultura é um setor econômico importante, e o Brasil é o terceiro maior produtor mundial de frutas. A produção de banana se destaca no agronegócio, mas a geração de resíduos preocupa ambiental e economicamente. Uma solução é o aproveitamento desses resíduos para biogás via processos anaeróbios. Este estudo testou resíduos sólidos de banana (casca+polpa) e água residuária do processamento do doce de banana em reatores anaeróbios batelada para otimizar a produção de biogás. As etapas incluíram: 1) caracterização dos substratos e inóculo; 2) planejamento experimental com variações de temperatura, pH inicial e relação Substrato/Inóculo para produção de hidrogênio; 3) testes em reatores acidogênicos; 4) testes em reatores metanogênicos e metano direto; 5) avaliação com água residuária e análises metagenômicas. Na caracterização, verificou-se alta concentração de carboidratos. A modelagem matemática indicou condições ótimas de 41,8°C, pH 4,88 e S/I 2,48 (R²=99,75). Nos reatores acidogênicos, obteve-se 2359 mL H₂/L, com 91,52% de consumo de carboidratos e formação de ácidos graxos e etanol. Nos metanogênicos (37°C, pH 7, S/I 2,48), geraram-se 1903 mL CH₄/Lr, com 96,31% de consumo de matéria orgânica. O tempo 80 foi de 9,75h para hidrogênio e 79,5h para metano. O rendimento energético foi de 4181,32 KJ Mol⁻¹ para metano direto e 4334,44 KJ Mol⁻¹ para biossistema integrado. Com água residuária, o consumo de carboidratos foi de 95%, com produção de 981,33 mL H₂/Lr e metabólitos como etanol, ácido acético e butírico. O efluente removeu 86,87% da DQO inicial e gerou metano. A metagenômica revelou Clostridium sensu stricto 1 (hidrogênio) e Methanosaeta (metano via rota acetoclástica). As condições testadas otimizaram a produção de biogás e demonstraram alta eficiência no tratamento de matéria orgânica.

Fruit farming is an important economic sector, with Brazil ranking as the third-largest fruit producer worldwide. Banana production stands out in agribusiness, but waste generation raises environmental and economic concerns. One solution is utilizing these residues for biogas production through anaerobic processes. This study tested solid banana waste (peel + pulp) and wastewater from banana sweet processing in batch anaerobic reactors to optimize biogas production. The stages included: 1) characterization of substrates and inoculum; 2) experimental planning with variations in temperature, initial pH, and Substrate/Inoculum ratio for hydrogen production; 3) tests in acidogenic reactors; 4) tests in methanogenic reactors and direct methane production; 5) evaluation with wastewater and metagenomic analyses. Characterization revealed a high carbohydrate concentration. Mathematical modeling indicated optimal conditions of 41.8°C, pH 4.88, and S/I 2.48 (R² = 99.75). In acidogenic reactors, 2359 mL H₂/L was obtained, with 91.52% carbohydrate consumption and the formation of volatile fatty acids and ethanol. In methanogenic reactors (37°C, pH 7, S/I 2.48), 1903 mL CH₄/Lr was produced, with 96.31% organic matter consumption. The T₈₀ time was 9.75h for hydrogen and 79.5h for methane. The energy yield was 4181.32 KJ Mol⁻¹ for direct methane and 4334.44 KJ Mol⁻¹ for the integrated biosystem. With wastewater, carbohydrate consumption reached 95%, producing 981.33 mL H₂/Lr and metabolites such as ethanol, acetic acid, and butyric acid. The effluent removed 86.87% of the initial COD and generated methane. Metagenomic analysis revealed Clostridium sensu stricto 1 (hydrogen production) and Methanosaeta (methane via the acetoclastic pathway). The tested conditions optimized biogas production and demonstrated high efficiency in organic matter treatment.
Optimierung der Wasserstoffproduktion durch anaerobe Vergärung von Rückständen aus der industriellen Bananenverarbeitung mittels Response-Surface-Methode
Keywords: Hidrogênio; Metano; Digestão anaeróbia; Otimização matemática; Banana