AVALIAÇÃO DO BAGAÇO DE MANDIOCA COMO UMA FONTE PROMISSORA PARA A PRODUÇÃO BIOETANOL

Rafael Novaes Barros¹ (rafanovaes94@gmail.com);

Maria do Socorro Mascarenhas Santos²(maria_mascarenhas@outlook.com); Margareth Batistote³ (margareth@uems.br)

¹Tecnologo em Produção Sucroalcooleira – Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul -UEMS/ Unidade de Glória de Dourados.

²Doutoranda do Programa de Pós-graduação em Recursos Naturais/PGRN - Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul/UEMS.

³Docente do Programa de Pós-graduação em Recursos Naturais/PGRN - Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul/UEMS.

Resumo:

O processo de transformação da mandioca em derivados gera um resíduo conhecido como bagaço, um material fibroso com alta concentração de água e amido. Assim, este possui como objetivo realizar um levantamento da viabilidade técnica e econômica do processo de produção de etanol a partir de diferentes biomassas e avaliar o potencial do bagaço de mandioca para a produção de bioetanol e utilizar os conceitos da educação ambiental como ferramenta para valoração dos resíduos. Foi realizada uma pesquisa exploratória quantitativa das principais biomassas para a produção de etanol e análises físico-químicas conforme o Instituto Adolfo Lutz, 2008. Os resultados demonstram que este resíduo pode ser utilizado na produção de biocombustível.

Palavras chave: Resíduos agroindustriais, meio ambiente, biofuel

Abstract:

The process of transformation of cassava into derivatives generates a residue known as bagasse, a fibrous material with high concentration of water and starch. Thus, this study aims to carry out a survey of the technical and economic viability of the ethanol production process from different biomasses and to evaluate the potential of cassava bagasse for the production of bioetanol and use the concepts of environmental education as a tool for waste valuation. A quantitative exploratory study of the main biomasses for ethanol production and physico-chemical analyzes was carried out according to the Adolfo Lutz Institute, 2008. The results demonstrate that this residue can be used in the production of biofuel.

Keywords: agroindustrial wastes, environment, biofuel

Introdução

As preocupações com as mudanças climáticas e a preservação dos recursos naturais somadas às perspectivas da escassez dos combustíveis fosseis, impulsionam pesquisas acerca de matérias-primas diversificadas como alternativas para a produção de biocombustíveis e, dentre estes, o etanol é o que possui tecnologia de produção mais avançada, o que o torna comercialmente atrativo (TABORDA et al., 2015). Deste modo, um dos desafios está em aumentar a oferta deste biocombustível, buscando novas fontes e otimizando os processos para sua produção (JAMBO et al., 2016).

O etanol, de acordo com Silva (2013), pode ser obtido a partir de matérias-primas diversas como as celulósicas, sacarinas ou amiláceas, contanto que possuam carboidratos que possam ser tratados e fermentados. Na América Latina e na Austrália a matéria-prima utilizada é a cana-de-açúcar para produção de etanol; nos Estados Unidos e no Canadá, o milho; em países da Europa, a beterraba açucareira; a mandioca, o trigo e o sorgo nos países asiáticos e a Suécia utiliza restos florestais para a produção deste biocombustível (MARCOCCIA, 2007).

O Brasil possui características como a grande variação pedológica territorial e predomínio de clima tropical, com isso pode usufruir de uma diversidade de culturas com potencial tecnológico para a produção de etanol. A cultura da mandioca e seus resíduos, os quais apresentam como características ser tanto um produto de subsistência como matéria-prima agroindustrial, é encontrada em todas as regiões do país e pode vir a ser uma alternativa para a produção de bioetanol (MARCOCCIA, 2007).

A mandioca possui características competitivas e vem se tornando um dos principais alimentos energéticos, componente cotidiano da refeição de cerca de 1 bilhão de pessoas em 105 países, sobretudo naqueles em desenvolvimento, sendo considerada a terceira fonte de calorias, ficando atrás apenas do arroz e do milho (SOUZA, 2011). Esta tuberosa apresenta uma série de vantagens em relação a outras culturas, como por exemplo, ser de fácil propagação, elevada tolerância a longas estiagens, rendimentos satisfatórios mesmo em solos de baixa fertilidade, pouco exigente em insumos e resistência a pragas e doenças. Além disso, apresenta elevado teor de amido nas raízes, admite perspectivas de mecanização desde o plantio até a colheita sem grandes perdas de matéria seca, e permite, também, o consórcio com inúmeras plantas alimentícias e industriais (MARCON et al., 2007).

Essa cultura, no Brasil, encontra-se em condições diversas, variando entre a cultura tradicional de subsistência, com pouca ou nenhuma tecnologia e baixa produtividade de 8 a 12 toneladas ha^-1, até polos nos estados do oeste do Paraná, Mato Grosso do Sul e noroeste de São Paulo, com plantios empresariais, mecanizados, nos quais são empregadas tecnologias, propiciando um produtividades de 40 toneladas ha^-1, estando em perfeita sintonia com a indústria e oferecendo segurança de comercialização aos produtores (SCHWENGBER, 2006).

A região sul do Estado de Mato Grosso do Sul, além de apresentar clima e solos adequados para o cultivo da mandioca (Manihot esculenta Crantz), concentra também o parque industrial processador desta tuberosa. Esta região, juntamente com os estados do Paraná e São Paulo, constituem a maior região produtora de fécula de mandioca do país (AGRIANUAL, 2007). Contudo, conforme destaca Leite e Leal (2007), alguns critérios devem ser analisados para a escolha da matéria-prima para a produção do etanol, e ainda, a produtividade do processo, o custo de produção, os requisitos de qualidade de solo e clima para a produção em larga escala da matéria-prima, os resíduos gerados no processo com valor energético, a sazonalidade da cultura, os usos alternativos dos resíduos da matéria-prima, o nível de difusão da cultura, o nível tecnológico e os impactos ambientais que podem ocorrer.

Entretanto, este segmento agroindustrial, muitas vezes, não possui tecnologia aplicada ao processo de produção ou mesmo o processo de beneficiamento não foi aprimorado de forma adequada, sendo necessário melhorias, principalmente no que diz respeito a geração de resíduos que ainda não são processados e tampouco considerados como subprodutos ou coprodutos, sendo descartados de forma inapropriada – os líquidos e os sólidos (CHISTÉ et al., 2007; JASKO et al., 2011).

O processamento da mandioca e dos resíduos gerados nas diversas etapas de processo, como mostra a figura 1, se constituem em fontes de contaminação para o meio ambiente e, também, são considerados como pontos críticos de desperdícios dentro do processo (OLIVEIRA, 2013). A maioria das empresas que processam a mandioca não realizam ou desconhece o balanço de massa de seus processos produtivos, com isso, não possuem dados exatos qualitativos e quantitativos quanto às suas perdas sólidas e líquidas (AMARAL, JAIGOBIND e JAISINGH, 2007).

Figura 1 - Fluxograma das etapas de processamento da mandioca em uma fecularia. Fonte: Indústria Agro Comercial Cassava S/A (2015).

Os resíduos líquidos são considerados como problema ambiental, pois são simplesmente enviados ao sistema de tratamento de efluentes a maior parte é descartada diretamente no meio ambiente sem tratamento, causando impactos ambientais (VILHALVA, 2013). Tais resíduos, geralmente, são compostos pela água de extração da fécula e a manipueira, pois para a extração da fécula há a incorporação de água, e assim diminuindo sua carga orgânica e teor de cianeto, mas aumentando enormemente o volume de acordo com Oliveira (2007). Já os resíduos sólidos como as cascas e a massa, compostos pelo material fibroso da raiz e água (85%), o qual, também, recebe o nome de farelo, bagaço ou massa de mandioca, possuindo baixo valor comercial sendo utilizado na complementação da alimentação animal (CEREDA, 2005; SANTOS, 2008).

Todavia, não há um processo que seja amplamente aceito como viável do ponto de vista econômico e que possa ser empregado em grande escala pelas empresas processadoras de amido de mandioca, no Brasil, com a finalidade de recuperar o máximo possível de amido e para processar o bagaço transformando-o em subproduto. Isto porque além do teor de umidade do bagaço, que geralmente se apresenta em torno de 80% (m m^-1) e da dificuldade de transporte e armazenamento, uma vez que este material é altamente perecível (WOICIECHOWSKI et al., 2013). Neste contexto este estudo possui por objetivo realizar um levantamento que correlaciona a viabilidade técnica e econômica do processo de produção de etanol por diferentes fontes de biomassa, e avaliar as condições físico-químicas do resíduo farelo de mandioca bem como utilizar a educação ambiental como ferramenta para a valoração deste resíduo.

Metodologia

A avaliação comparativa das principais fontes de biomassa para a produção de etanol, foi de caráter exploratório quantitativo, sendo que os procedimentos de coleta de dados foram constituídos de uma análise documental a respeito das características tecnológicas das fontes renováveis com potencial para produção de etanol combustível.

O resíduo do farelo de mandioca, foi gentilmente fornecido pela empresa, Indústria Agro Comercial Cassava S/A, localizada na cidade de Glória de Dourados-MS, Rua Cassava S/N. No qual foram realizadas as análises físico-químicas como teor de umidade e cinzas do farelo foram realizadas no laboratório de Análises da referida indústria, de acordo com a metodologia adaptada do Instituto Adolfo Lutz, ed. 2008.

Resultados

Nas análises das características tecnológicas os dados obtidos correlacionam a potencialidade das matérias-primas, para a possível produção de bioetanol. Na Tabela 1, estão apresentados os atributos de cada cultura necessárias para produção de etanol. Na comparação quanto ao teor de carboidrato o milho apresenta o percentual mais elevado, 80%, já a cana-de-açúcar o mais baixo 14%.

Conforme Weschenfelder (2011), as matérias-primas ricas em carboidratos podem ser divididas em diretamente fermentáveis, como a cana-de-açúcar que não precisam de conversão prévia do carboidrato e as indiretamente fermentáveis que necessitam passar por um processo de hidrólise antes da fermentação, afim de torna-las propicias a ação dos microrganismos.

Na produtividade de matéria-prima por tonelada pode-se observar que a cana-de-açúcar sobressaiu as demais, 75 t ha^-1 e, o milho apresentou a menor produtividade 5 t ha^-1, as demais culturas são consideradas como intermediárias.

De acordo com Rodrigues (2010) a produtividade nacional para a cultura da cana-de-açúcar, apesar de sua importância econômica para o Brasil, é considerada baixo em média 75 t ha^-1, no entanto, atualmente, a principal estratégia adotada para o aumento da produtividade são os programas de melhoramento genético, que buscam o desenvolvimento de cultivares melhoradas e mais produtivas, tolerantes a variações bióticas e abióticas, de modo a se extrair o potencial máximo da cultura sob condições específicas.

A cultura do milho, no Brasil, na safra 2011/2012 foi de 72,8 milhões de toneladas correspondendo a 15,1 milhões de ha com produtividade média de 4,8 t ha^-1 segundo dados da Companhia Nacional de Abastecimento (2012), contudo esta produtividade é considerada baixa, uma vez que a produtividade desta cultivar está diretamente relacionada com o potencial produtivo da cultura que estima ser de 19 t ha^-1 (ASSIS et al. 2006).

Na comparação do rendimento de etanol constatou-se que, embora o milho possua uma conversão de 537 L t ^-1, este necessita de hidrólise, já na cana-de-açúcar o rendimento de etanol foi em 94 L t ^-1 com fermentação direta, as demais fontes apresentaram conversão de etanol acima de 150 L t ^-1 porém necessitam de hidrólise, uma vez que são indiretamente fermentescíveis. De acordo com Taborda (2015) o alto rendimento em conversão de etanol verificado para o milho está relacionado ao alto teor de amido presente nesta matéria-prima, a cana-de-açúcar apresenta rendimento baixo devido à alta diluição de açúcar nos colmos.

Estudos realizados pela Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuária (2011) apontam que agregando tecnologia à produção é possível obter rendimento de batata-doce e de mandioca na ordem de 40-60 toneladas ha^-1 com teores de amido na faixa de 25%.

Tabela 1 - Analise comparativa das principais fontes de biomassa com potencial para a produção de etanol.

Fonte: ¹IBGE (2014); ² IBGE (2011).

Podemos observar que ocorreram variações dentre as operações unitárias analisadas em relação ao farelo de mandioca (Tabela 2). O teor de umidade, encontrado na amostra, foi de 7,6g 100g^-1, e de cinzas de 1,46g 100g^-1, os resultados mostraram-se baixo em comparação ao valor de referência provavelmente isto tenha ocorri devido a variação de ajustes no processo de extração, sendo o teor de amido 83,87g 100g^-1, demonstrando o grande potencial deste resíduo. Na avaliação do teor de fibra bruta de 13,50g 100g^-1 e de proteínas 1,80g 100g^-1.

De acordo com LEONEL e CEREDA (2000), pode ocorrer grande variação nesta composição devido a eficiência e ao ajuste do processo de extração do amido. Ademais, este processamento é feito sob condições tecnológicas de baixo controle, quanto maior a eficiência de extração, menor a concentração de amido no farelo.

Em trabalho desenvolvido por Da Costa (2004), o qual foi caracterizado o resíduo sólido do processo de produção de fecularia, foi encontrado um teor de cinzas de 1,14g 100g^-1 e 9,27g 100g^-1. Rodrigues; Caliari, e Asquieri (2011), em seus estudos obtiveram, na avaliação do farelo de mandioca do cultivar IAC-12, 12g 100g^-1 de umidade e, 1,98g 100g^-1 de cinzas.

Estudos realizados por Camargo; Leonel e Mischan (2008), caracterizaram o farelo de mandioca para uso na produção de biscoitos extrusados de polvilho azedo, encontraram valores de 79,32g 100g^-1 para amido. Na análise do bagaço de mandioca da cultivar IAC-12, cultivada na região de Goiânia, os resultados obtidos de proteínas foram de 2,3 g 100 g^-1 (SOUZA, 2011), em nossos estudos obtivemos o valor de 1,80g 100g^-1 maior que o valor de referência e menor do que citado na literatura. Pode-se observar que os valores encontrados neste estudo diferiram dos valores de referência e o da literatura, talvez isto tenha ocorrido devido as condições de ajustes do processamento das agroindústrias.

Tabela 2 - Avaliação das condições físico-químicas do resíduo farelo de mandioca.

Fontes dos valores de referência: * CAMARGO et al. (2008); ** RODRIGUES et al. (2011).

Conclusão

As análises da comparação das biomassas apresentaram suas potencialidades para a utilização na produção de etanol.

Os dados obtidos, com as análises físico-químicas do bagaço de mandioca, demonstraram que este resíduo possui, principalmente, nutrientes e fibras que podem ser utilizados em processos diversos, além de possuir um teor de amido que pode ser reaproveitado para a produção de biocombustível.

Agradecimentos

O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001, Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul (FUNDECT), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais (PGRN), a Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul e a Indústria Agro Comercial Cassava S/A.

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