USO DO BIODIGESTOR: UMA PROPOSTA SUSTENTÁVEL NA ZONA RURAL DO MACIÇO DE BATURITÉ, CEARÁ

Olienaide Ribeiro de Oliveira Pinto¹, Juan Carlos Alvarado Alcócer² Jangirgledia de Oliveira³, Maria Elanny Damasceno Silva⁴ e Carlos Eduardo Barbosa⁵.

¹Doutora em Agronomia/Fitotecnia - Bolsista do Programa Nacional de Pós-Doutorado (PNPD) /CAPES, Mestrado Acadêmico em Sociobiodiversidade e Tecnologias Sustentáveis (MASTS), Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira (UNILAB). E-mail: agron.olienaide@gmail.com.

²Doutor em Engenharia Elétrica - Professor da Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira (UNILAB) e do Mestrado Acadêmico em Sociobiodiversidade e Tecnologias Sustentáveis (MASTS). E-mail: jcalcocer@unilab.edu.br.

³Mestranda do MASTS na UNILAB. E-mail: jg.jangir@gmail.com.

⁴Mestranda do MASTS na UNILAB. E-mail: elanny13@gmail.com.

⁵Mestrando do MASTS na UNILAB. E-mail: carlos@unilab.edu.br.

Resumo: Em muitas propriedades rurais são fartos os resíduos animais ou vegetais que muitas vezes são desperdiçados, podendo estes ser transformados em fonte de renda para os agricultores. O biodigestor é uma tecnologia sustentável e serve de equipamento para ocorrer à digestão anaeróbia e aproveitar os resíduos animais ou vegetais visando à produção de energia e adubo orgânico. O trabalho teve como objetivo realizar uma abordagem descritiva a respeito da tecnologia de biodigestor, analisando os benefícios do uso da tecnologia por agricultores como proposta sustentável na zona rural do Maciço de Baturité, Ceará. De várias formas a tecnologia do biodigestor favorece positivamente as pessoas que a utiliza, transformando em realidade a obtenção de energia limpa e adubo orgânico, de baixo custo e sustentável, sendo visível a satisfação dos usuários ao relatarem suas experiências. Além de promover benefícios tanto socioeconômicos quanto ambientais.

Palavras-chave: Energia renovável; Tecnologia sustentável; Digestão anaeróbia; Biofertilizante.

Abstract: In many rural properties animal or vegetable wastes are often wasted, which are often wasted, and these can be transformed into a source of income for farmers. The anaerobic digester is a sustainable technology and serves as equipment to occur to the anaerobic digestion and to take advantage of the animal or vegetal waste aiming at the production of energy and organic fertilizer. The objective of this work was to carry out a descriptive approach regarding anaerobic digester technology, analyzing the benefits of using technology by farmers as a sustainable proposal in the rural area of the Massif de Baturité, Ceará. In a number of ways anaerobic digesters technology positively favors the people who use it, making it a reality to obtain clean energy and organic fertilizer, low cost and sustainable, being visible the satisfaction of users when reporting their experiences. In addition to promoting both socioeconomic and environmental benefits.

Key words: Renewable energy; Sustainable technology; Anaerobic digestion; Biofertilizer.

INTRODUÇÃO

A necessidade de gerar novas fontes alternativas de energia é um fator importante na busca da sustentabilidade ambiental. Em muitas regiões brasileiras, são escassas as fontes energéticas para fins produtivos, cocção, resfriamento, aquecimento e iluminação, fato que levam diversos agricultores a utilizarem lenha como fonte de calor comum para uso na cozinha. A lenha é um recurso natural que deve ser preservado, pois, ocasiona o desmatamento, a perda de solo por erosão e coloca em perigo a flora e a fauna do ecossistema (OLIVEIRA et al., 2016). Portanto, uma alternativa para gerenciar resíduos oriundos da degradação ambiental e também proveniente de resíduos animais e vegetais é a digestão anaeróbia, que é um processo eficiente e de baixo custo.

A digestão anaeróbia baseia-se na atividade de microrganismos, mediante condições de ausência de oxigênio (O₂), para a conversão biológica da matéria orgânica complexa em compostos químicos simples. Dentre os principais produtos obtidos tem-se biogás que é composto de metano (CH₄), dióxido de carbono (CO₂), sulfeto de hidrogênio (H₂S) e outros gases, além do biofertilizante, o que torna esse processo atraente por vários pesquisadores (SOARES et al., 2017).

A tecnologia de biodigestor serve de equipamento para ocorrer à digestão anaeróbia, e aproveitar os dejetos animais e resíduos vegetais visando à produção de energia e adubo orgânico que é uma alternativa sustentável, além de minimizar os problemas ambientais causados pelo descarte incorreto destes resíduos orgânicos que podem favorecer o desenvolvimento econômico da propriedade rural (AQUINO et al., 2014).

Diversos trabalhos já foram publicados com relatos de programas e projetos que visam a implantação de biodigestores para agricultores principalmente os familiares. Percebe-se que a tecnologia não consegue atingir efetivamente as regiões mais interioranas de alguns estados brasileiros, sobretudo os nordestinos, como o caso do Maciço de Baturité, situado no Estado do Ceará. Para Gaspar (2003) as condições de altas temperaturas típicas na região do Nordeste são muito apropriadas para instalar biodigestores, pois o aumento de temperatura é satisfatório para auxiliar no processo da digestão anaeróbia.

Nesse sentido, a disseminação da tecnologia do biodigestor entre a população rural dos municípios do Maciço de Baturité reflete um mecanismo eficiente para destinar excrementos animais e resíduos vegetais que, muitas vezes são desperdiçados, além de contribuir para a higiene no campo, a destinação para uso na cozinha é saneado e não emite fumaças nem resíduos contribuindo para reduzir a poluição ambiental.

Portanto, ainda se observa um desconhecimento por muitas pessoas que vivem na zona rural sobre as tecnologias sustentáveis e os benefícios que podem gerar com o seu uso nas propriedades rurais. Dessa forma, a disseminação da possibilidade de produção de biogás a partir da utilização do biodigestor, bem como das demais vantagens da instalação desse equipamento, pode ser uma forma de despertar interesse no produtor rural para os benefícios oriundos dessa tecnologia sustentável e incentivadora na sua aquisição.

Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi realizar uma abordagem descritiva a respeito da tecnologia de biodigestor, analisando os benefícios do uso da tecnologia por agricultores como proposta sustentável na zona rural do Maciço de Baturité, Ceará.

REFERENCIAL TEÓRICO

Biodigestor

O biodigestor é um sistema fechado onde é feita a degradação da matéria orgânica por ação de bactérias anaeróbia, que geralmente conta com um sistema de entrada de matéria orgânica, um tanque onde ocorre a digestão e um mecanismo para saída do biogás e outro para retirada do biofertilizante.

A classificação dos biodigestores varia de acordo com o modo de operação, que pode ser contínuo ou batelada. No sistema contínuo, os abastecimentos com o material orgânico a ser tratado são periódicos e contínuos, assim como a saída do substrato já tratado. Já o sistema em batelada recebe um volume total, sendo este retido até o final do processo de degradação, e posteriormente retirado (SOARES et al., 2017).

No biodigestor qualquer material orgânico (biomassa) tem condições de ser convertido em energia mecânica, elétrica ou térmica. A biomassa possui diversas origens: florestal (madeira), agrícola (arroz, soja, cana-de-açúcar, etc), excrementos de animais e dejetos industriais e urbanos (líquido ou sólido) (NETO et al., 2010).

Nos municípios do Maciço de Baturité as principais biomassas identificadas são de origem de esterco animal (suíno e bovino) e vegetal (milho, feijão, feijão-fava, arroz e mandioca). Segundo Baungratz et al. (2013) o acúmulo de nutrientes nos estercos de suínos é abundante em função de sólidos sendo este uma mistura de nitrogênio, fósforo e potássio. O nitrogênio por sua vez é uma substância em maior quantidade e comumente aplicado como fertilizante na agricultura.

O biodigestor é considerado uma alternativa viável e sustentável, pelo fato de ser projetado de acordo com a quantidade de resíduos gerados por uma propriedade rural. Os resíduos orgânicos oriundos das atividades agrícolas podem ser tratados através da digestão anaeróbia dentro do biodigestor, produzindo energia renovável e adubo orgânico, contribuindo para a geração de receitas, redução dos danos ambientais e a melhoria da qualidade de vida das pessoas que vivem principalmente na zona rural, além de o adubo orgânico estimular a reciclagem de nutrientes para as plantas (TOLLER, 2016).

Digestão anaeróbia

A digestão anaeróbia é definida como a atividade de uma associação de microrganismos, perante condições anaeróbias e controladas de operação, tendo como objetivo a conversão biológica da matéria orgânica complexa em compostos químicos mais simples, principalmente metano, o qual foi descoberto em 1776 pelo italiano Alessandro Volta, através da observação de bolhas que resultavam da decomposição de restos vegetais presentes em áreas alagadas, passando, em primeira instância, a ser denominado como “gás dos pântanos (BARICHELLO et al., 2015).

Teoricamente, qualquer material orgânico pode ser utilizado na digestão anaeróbica, porém os mais comuns são: esterco fresco de bovino, esterco seco de suíno e esterco seco de aves, sendo este último o que apresenta o maior rendimento por m³ de biogás (0,43 m³ de biogás por quilo de esterco) (SILVA et al., 2005). Além destes, têm-se resíduos vegetais, resíduos de abatedouros, esgoto, resíduos de cervejaria e vinícolas, soro do queijo, etc.

A fermentação da biomassa ocorre em um ambiente sem a presença de oxigênio, onde os microrganismos degradam o material orgânico. Os microrganismos responsáveis pelo processo de estabilização da matéria orgânica via digestão anaeróbia podem ser divididos em quatro etapas principais: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese (SOARES et al., 2017), conforme Figura 1.

As bactérias fermentativas hidrolisam os complexos orgânicos através da liberação de enzimas extracelulares e os produtos originados são absorvidos pelos mesmos grupos de bactérias resultando na formação de ácidos graxos de cadeia curta, hidrogênio e dióxido de carbono. Os produtos provenientes das bactérias fermentativas são utilizados pelas bactérias acetogênicas, que irão produzir hidrogênio, dióxido de carbono e acetato. Por sua vez, a ação das bactérias acetogênicas serve de alimento para as bactérias metanogênicas, que, ao se alimentarem destes substratos, produzem o biogás (CALDEREIRO, 2015).

A digestão anaeróbia pode ser afetada por diferentes fatores, os quais estão relacionados com o substrato, as características do biodigestor, bem como as condições de operação. Se um determinado fator provoca desequilíbrio no processo, este se deve principalmente a uma maior sensibilidade das bactérias metanogênicas, que deixam de produzir o metano, ocasionando o aumento na concentração dos ácidos orgânicos voláteis e de outros produtos intermediários, inibindo ainda mais a produção do biogás (SOARES et al., 2017).

Figura 1 - Esquema da digestão anaeróbia da matéria orgânica.

Fonte: Caldereiro (2015).

Diversos fatores podem influenciar positiva ou negativamente o processo da digestão anaeróbia. Dentro das características físicas e químicas do ambiente, destaca-se a temperatura, o pH, os nutrientes, a alcalinidade e os ácidos graxos voláteis (GUSMÃO, 2008). É importante, também, que se conheça a potencialidade de produção de biogás de cada tipo de esterco, pois o uso de cada tipo de dejeto implicará em tamanhos diferentes de biodigestores e, com isso, o custo de construção varia muito em função desta decisão (CALZA et al., 2015).

Biogás e Biofertilizante

De acordo com Gaspar (2003) o biogás foi descoberto muito antes da primeira instalação que produzia gás combustível, por volta de meados do século XIX. O autor ressalta que a existência do gás metano foi revelada a partir do ano de 1776 através de pesquisas do italiano Alessando Volta que o chamou de “gás dos pântanos” como produto da deterioração de vegetais em ambientes confinados.

Com a crise energética entorno do mundo em 1973 o biodigestor foi aderido como fonte de obtenção do gás tanto por países desenvolvidos e em desenvolvimento, sendo que a China e a Índia acentuaram seu uso (GASPAR, 2003). No Brasil a ideia foi disseminada neste mesmo período. Para reduzir a dependência por petróleo o governo aderiu ao Programa de Mobilização Energética – PME (1980-1984), para investimento e supressão do insumo e seus derivados. Nesse momento os biodigestores foram postos através de financiamentos ou doações de materiais para instalação (PALHARES, 2007).

Palhares (2007) confirma que em 1982 em Santa Catarina haviam 236 biodigestores, sendo em grande maioria do modelo indiano. A Emater (Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural) contabilizou em 1984 com um total de 3.000 biodigestores no país, sendo a maior parte do tipo indiano e foram utilizados para a biodigestão de estercos de origem bovina. O biogás ganhou força no advento da crise do Petróleo, porém já se produzia desde os anos de 1940 quando padres instalaram biodigestores nas comunidades em que se dedicavam.

O termo biogás é utilizado para denominar o produto obtido a partir da decomposição anaeróbia de resíduos orgânicos. Sua composição é a porcentagem de gases, varia de acordo com o substrato que é degradado pelas bactérias anaeróbias, as condições de funcionamento da biodigestão, bem como o tipo de biodigestor utilizado, temperatura, pH entre outros fatores (SOARES et al., 2017).

A partir de vinte dias o metano começa a ser produzido e vai dando sequência até a terceira semana, após esse período há diminuição dos processos fermentativos em aproximadamente noventa dias. A composição do biogás possui metano (CH₄) percentual de 50 a 70%; gás carbônico (CO₂) com 35 a 40%; hidrogênio (H₂) cerca de 1 a 3%; oxigênio (O₂) entre 0,1 a 1%; e os outros gases em torno de 1,5 a 8%. Para que haja um biogás de boa eficiência o teor de metano precisa ser acima do teor de dióxido de carbono, portanto haverá uma energia abrangente sendo viável para iluminação, fogão, geladeiras, veículos de pequeno a grande porte e diversas finalidades (BONTURI; DIJK, 2012).

A biomassa, depois de fermentada, deixa o interior do biodigestor em forma líquida, o chamado biofertilizante. Com grande quantidade de material orgânico, é excelente para a fertilização. Com a aplicação deste no solo, melhoram-se as qualidades biológicas, químicas e físicas do mesmo. A digestão anaeróbia aumenta o teor de NH_4-N (Nitrogênio) e diminui o teor de carbono do estrume animal (BARICHELLO et al., 2015).

A composição média do biofertilizante é de 1,5 a 4,0% de nitrogênio, 1,0 a 5,0% de fósforo e 0,5 a 3,0% de potássio, além de apresentar outros nutrientes como: cálcio, magnésio, enxofre, boro, cobre ferro, manganês, molibdênio e zinco, o que lhe garante inegáveis vantagens para utilização como complemento ou substituição dos adubos nitrogenados químicos (OLIVEIRA, 2011).

O biofertilizante é um resíduo aquoso de natureza orgânica, que pode ser usado na fertilização do solo fornecendo os principais nutrientes para o crescimento das plantas, podendo ser aplicado diretamente na forma liquida ou desidratada, dependendo das condições locais de infraestrutura e necessidade da propriedade rural (MARQUES et al., 2014). Além de apresentar pH na faixa de 7 a 8, geralmente em torno de 7,5, levemente alcalino, proporcionando o crescimento de microrganismos benéficos para o desenvolvimento das plantas (OLIVEIRA, 2011).

O biofertilizante possui um poder de fixação dos sais é maior que das argilas, sendo responsável direto pela maior parte da nutrição das plantas, com até 58% da capacidade total de troca de bases do solo. Estabiliza os agregados de modo que resistam à ação desagregadora da água, absorvendo as chuvas mais rapidamente, evitando a erosão e conservando a terra por mais tempo (BARICHELLO et al., 2015).

A economia financeira obtida através do aproveitamento do biogás e biofertilizante gerado, melhoria ambiental, bem como ganhos sociais, estão dentre os benefícios pretendidos com a implementação desses sistemas de tratamento utilizando a tecnologia do biodigestor (SOARES et al., 2017).

MATERIAL E MÉTODOS

Área de Estudo

O trabalho foi realizado em alguns municípios no Maciço de Baturité que é uma macrorregião do estado do Ceará que possui uma extensão territorial de 3.750,1 km², o que corresponde a 2,6% do território do estado e compõem-se por 13 municípios, sendo eles: Acarape, Aracoiaba, Aratuba, Barreira, Baturité, Capistrano, Guaramiranga, Itapiúna, Mulungu, Pacoti, Palmácia, Redenção e Ocara, ilustrado na Figura 2 (IPECE, 2016). O estudo foi realizado durante doze meses entre 2017 e 2018.