PRODUÇÃO DE BIOGÁS NO INTERIOR DA AMAZÔNIA A PARTIR DE UM BIODIGESTOR CASEIRO: RECURSO EDUCACIONAL PARA UMA ABORDAGEM INVESTIGATIVA EM AULAS DE CIÊNCIAS

Adriano P. Batista¹, Andrey A. Costa², Gabriel O. L. Sousa², Jackson F. da Silva², Mateus C. Furtado², Matheus I. M. Silva², Pâmela P. S. Neri³, Tatianna T. Amador⁴, João A. P. da Rocha⁵, Davi H. T. Amador⁶.

¹Graduando em Licenciatura em Química – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá – Campus Macapá. 77adriano.pires@gmail.com

²Técnico em Meio Ambiente – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará – Campus Tucuruí.

³Prof. MsC. – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará – Campus Castanhal.

⁴Esp.­ – Universidade da Amazônia – Campus Belém.

⁵Prof. MsC. – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará – Campus Bragança.

⁶Prof. Dr. – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará – Campus Tucuruí.

Resumo: A discussão acerca da utilização de biodigestores como alternativa para gestão dos resíduos orgânicos tem se tornado cada vez mais debatido, em virtude da desvalorização e do descarte inadequado do mesmo, o que desencadeia graves impactos ambientais. Uma das maneiras de solucionar essa problemática é o uso do biodigestor como uma alternativa tecnológica que agregue valor ao resíduo orgânico, em decorrência da produção de biogás. O presente trabalho consiste na construção de um biodigestor caseiro, por alunos do 3º ano do curso Técnico Integrado ao Meio Ambiente do Instituto Federal do Pará – IFPA, campus Tucuruí, fazendo uso do método batelada. A partir da análise de dados foi constatada a eficácia da metodologia aplicada para a produção de biogás, além de uma boa assimilação e compreensão dos fenômenos envolvidos no processo de produção de biogás por parte dos alunos que participaram deste processo. Com o intuito de ratificar as potencialidades deste experimento foi realizada uma exposição dos resultados obtidos na produção de biogás com outros discentes de uma turma do 1º ano do curso Técnico Integrado do IFPA, campus Tucuruí, salientando sua grande importância para o Meio Ambiente.

Palavras-chaves: Biodigestor; Biogás; Meio Ambiente; Ensino de Ciências.

Abstract: The discussion about the use of biodigesters as an alternative for the management of organic waste has become increasingly debated, due to the devaluation and inadequate disposal of it, which triggers serious environmental impacts. One of the ways to solve this problem is the use of the biodigester as a technological alternative that adds value to the organic residue, due to the production of biogas. The present work consists of the construction of a homemade biodigester, by students of the 3rd year of the Technical Integrated to the Environment course of the Instituto Federal do Pará - IFPA, in the city of Tucuruí, using the batch method. From the data analysis, the effectiveness of the methodology applied for the production of biogas was verified, in addition to a good assimilation and understanding of the phenomena involved in the process of biogas production by the students who participated in this process. In order to ratify the potential of this experiment, an exhibition of the results obtained in the production of biogas was carried out with other students from a 1st year class of the IFPA Integrated Technical course, in the city of Tucuruí, highlighting its great importance for the Environment.

Keywords: Biodigester; biogas; environment; Science teaching.

1. INTRODUÇÃO

De acordo com a Base Nacional Comum Curricular (BNCC) o ensino de ciências da natureza e suas tecnologias, no Ensino Médio, deve desenvolver no aluno a capacidade de analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas relações entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas que aperfeiçoem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito local, regional e/ou global.

Adicionalmente, os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEMS) sugerem que as disciplinas de ciências da natureza devam possibilitar ao educando a compreensão tanto dos fenômenos da natureza em si quanto da construção de um conhecimento científico em estreita relação com as aplicações tecnológicas e suas implicações ambientais, sociais, políticas e econômicas (BRASIL, 2000).

Além disso, os PCNEMS apontam ainda que deve ser desenvolvida, em sala de aula, discussões sobre temas essenciais para a formação crítica do indivíduo. Nesse aspecto, a temática sobre o tratamento adequado de resíduos sólidos, bem como a produção e o uso de combustíveis assume grande destaque (BRASIL, 2000).

O baixo índice de tratamento dos resíduos sólidos é um problema social que merece atenção, devido ao seu potencial de contaminação e degradação do meio ambiente (DA SILVA et al., 2015). No Brasil, apenas 1% do lixo orgânico gerado é reciclado, segundo a associação nacional dos serviços municipais de saneamento (CBN, 2019). 

Esse déficit na reciclagem do resíduo orgânico acarreta impactos ambientais devido a decomposição da matéria orgânica em local inadequado e produção do chorume, afetando os corpos hídricos e os solos causando poluição atmosférica decorrente da emissão de gases como o dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄) que são os principais causadores do efeito estufa, além da proliferação de doenças em decorrência da atração de vetores (BARBOSA; LANGER, 2011).

Nesse aspecto a utilização de biodigestores para a produção de biogás, surge como alternativa viável para a redução de impactos e aproveitamento de resíduos orgânicos (BAUNGRATZ et al., 2013; QUADROS et al., 2015; FONSECA et al., 2018). Trabalhos com essa temática vem sendo cada vez mais desenvolvidos em sala de aula nas últimas duas décadas (SOUZA, 2021). Por outro lado, estima-se que a utilização de biodigestores pode ajudar, no período de 2002 a 2030, evitar uma emissão de 1.548,80 mil toneladas de CO₂ para a atmosfera (LIMMEECHOKCHAI; CHAWANA, 2007).

Biodigestor, digestor ou biorreator, consiste em uma câmara fechada com condições adequadas à fermentação da matéria orgânica realizada por bactérias metanogênicas, que em situações anaeróbias realizam a fermentação alcalina, produzindo o CH₄ (PNUD, 2010) que é o subproduto denominado de biogás (DOS SANTOS SILVA e DE OLIVEIRA, 2019).

Segundo SILVA et al. (2005), ORRICO et al. (2007), SANTOS et al. APUD DA SILVA (2015), os biodigestores são ferramentas de suma importância também na esfera pecuarista pois o biogás gerado pode servir de combustível para geração de energia elétrica, térmica ou mecânica, com poder calorífico variando de 5.000 a 7.000 kcal/m³ (DOS SANTOS SILVA e DE OLIVEIRA, 2019).

Neste trabalho foi evidenciado a produção de biogás a partir da construção e utilização de um biodigestor caseiro construído por alunos do 3º ano do curso Técnico Integrado em Meio Ambiente do IFPA, campus Tucuruí, abastecido com esterco bovino e água na proporção de 1/1. A fim de verificar as potencialidades do experimento e estimular ainda mais a discussão sobre a geração de combustíveis e do uso de rejeitos orgânicos na produção do biogás, foi realizada uma socialização dos dados e conhecimentos obtidos em outra turma.

Os resultados obtidos demonstram que a metodologia aplicada é eficaz e pode ser utilizada para a produção de biogás bem como para potencializar aulas interdisciplinares de ciências e discussões sobre o uso de resíduos orgânicos para produção de biogás em biodigestores.

2. METODOLOGIA

O presente trabalho dividiu-se em 5 etapas principais: pesquisa bibliográfica, confecção do biodigestor, alimentação do biodigestor, entrevista com alunos que participaram da construção do biodigestor e da produção do biogás, socialização dos conhecimentos adquiridos e resultados obtidos com discentes do 1º ano do curso Técnico em Meio Ambiente do IFPA, campus Tucuruí.

É importante salientar ainda que em relação a todas as atividades pedagógicas desenvolvidas com os alunos, optou-se por utilizar a pedagogia problematizadora de Paulo Freire, onde o professor deve estimular nos estudantes o espírito crítico, a curiosidade, a não aceitação do conhecimento simplesmente transferido (FREIRE, 2006).

2. 1 CONSTRUÇÃO DO BIODIGESTOR

O biodigestor desenvolvido foi do tipo batelada. Este tipo de biodigestor foi escolhido por tratar-se de um sistema bastante simples e de pequena exigência operacional, podendo o processo de fermentação ser realizado em um período conveniente, sendo o material descarregado posteriormente após o término do período efetivo de produção de biogás (ALVES et al., 2010).

A confecção do biodigestor caseiro foi realizada por 6 alunos do 3º ano do curso Técnico em Meio Ambiente do IFPA, sob a orientação de dois docentes da escola. No Quadro 1 estão descritos todos os materiais que foram utilizados para a produção e confecção do biodigestor, bem como suas quantidades.

Quadro 1. Componentes utilizados na construção do biodigestor.

Fonte: Autores (2021).

A construção do biodigestor (Figura 1) teve início com a perfuração de um galão de 20 litros em sua superfície superior. Esta perfuração foi necessária para a conexão do cabo de alimentação do biodigestor. Em seguida fez-se um furo de 8 mm, no gargalo do galão, para que houvesse a conexão da mangueira para a passagem do biogás.

Figura 1. Alunos realizando a confecção do biodigestor caseiro.

Fonte: Autores (2021).

As mangueiras foram conectadas ao TEE, fazendo o uso de abraçadeiras de nylon para não ocorrer o escape do gás, ligando assim o biodigestor à câmara de armazenamento do biogás em uma extremidade e um dispositivo de válvula na outra extremidade.

Em seguida iniciou-se o processo de ficção dos canos e mangueiras ao galão, na colagem foram utilizados areia fina e cola epóxi, sendo que no entorno do cano foi adicionado cola e sobre a cola camadas de areia, feito isso o sistema ficou 30 minutos em repouso para que cola fixasse bem o cano e a areia ao galão.  Após os 30 minutos foi realizado outro processo de colagem como o anterior, a areia foi utilizada para uma vedação mais efetiva do sistema, no intuito de impedir o vazamento de biogás e a entrada de oxigênio (O₂) no sistema.

Nas extremidades da mangueira foram conectadas válvulas com registro, onde em uma delas, foi conectada a câmara que serviu para o armazenamento do biogás gerado. No processo de pintura do biodigestor foi utilizado tinta spray de coloração preta, para uma possível absorção maior de calor. Na Figura 2 é apresentada a estrutura do biodigestor caseiro confeccionado neste trabalho.

Figura 2. Biodigestor caseiro.

Fonte: Autores (2021).

2.2 ALIMENTAÇÃO DO BIODIGESTOR

A alimentação do biodigestor ocorreu com nove litros de esterco e nove litros de água, com a proporção de um para um (1:1) de acordo com o sugerido por Barreira (1993). A coleta do esterco bovino foi realizada em uma fazenda às margens da BR 422 no km 5 do Município de Tucuruí/PA, onde foi coletada e mensurada em um recipiente com capacidade para 9 litros, no qual foi transportado até o local onde encontrava-se o biodigestor. Após o abastecimento foi realizada uma forte agitação da mistura.

Um dia após a alimentação, o biodigestor foi submerso no chão por 27 dias, com o intuito de manter a temperatura constante para evitar a morte de alguns microrganismos (Figura 3).

Figura 3. Biodigestor submerso no chão.

Fonte: Autores (2021).

2. 3 Entrevista com os alunos que participaram do processo de confecção do biodigestor

Após a confecção do biodigestor caseiro, entrevistaram-se os alunos participantes do processo de construção. Para tanto, os alunos responderam a 5 perguntas que são apresentadas no Quadro 2.

Quadro 2. Questionário utilizado para verificar a aprendizagem dos alunos com a confecção do biodigestor.

2. 4 Socialização dos resultados obtidos e conceitos apreendidos sobre biodigestores

No intuito de promover a integração e a troca de conhecimentos entre alunos de diferentes séries do ensino médio, os alunos do 3 º ano, sob orientação de dois professores, foram motivados a apresentar seus conhecimentos obtidos no desenvolvimento do trabalho. Esta etapa foi realizada sob forma de um seminário, em uma turma de 30 alunos do 1º ano do curso Técnico em Meio Ambiente do IFPA, campus Tucuruí (Figura 4).

Figura 4. Socialização dos resultados e conhecimento obtidos sobre "Sistemas biodigestores e o Meio Ambiente".

Fonte: Autores (2021).

Para esta etapa, foram utilizados um total de 3 aulas de cinquenta minutos cada. A ação foi dividida em dois momentos. Em um primeiro momento os alunos do 1º ano responderam a um questionário contendo 7 questões (Quadro 3) para obtenção de informações a respeito do nível de conhecimento destes sobre biodigestores.

Quadro 3. Questionário utilizado para sondagem inicial sobre o nível de conhecimentos dos alunos sobre biodigestores.