Projeto e construção de biodigestor e fotobiorreator para produção e purificação de biogás a partir da codigestão anaeróbia

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Bôas, Augusto Paes Villas
• Orientador(a): Lunelli, Betânia Hoss
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica de Campinas (PUC-Campinas)
• Palavras-chave em Português: Digestão anaeróbia; resíduos orgânicos; microalgas; captura fotossintética; transição energética; energia limpa; Anaerobic digestion; organic waste; microalgae; photosynthetic capture; energy transition; clean energy
• Link de acesso: https://repositorio.sis.puc-campinas.edu.br/handle/123456789/1949

As emissões globais de dióxido de carbono (CO2) têm aumentado de forma contínua e progressiva desde a revolução industrial. Nas últimas décadas, entretanto, o cenário de emissões só se agravou, passando de 9,34 milhões de toneladas em 1960 para 36,44 milhões de toneladas em 2019. A concentração crescente de CO2 atmosférico é atribuída, principalmente, ao consumo e a queima dos combustíveis fósseis, os quais correspondem a mais de 80% da demanda mundial de energia primária. As emissões de gases de efeito estufa (GEE), porém, não se restringem somente ao CO2, tendo como principais gases constituintes, além do próprio CO2 com 79% das emissões, o metano (CH4) com 11% e o óxido nitroso (N2O) com 7%. A geração de energia renovável a partir de resíduos orgânicos contribui para a oferta de energia local, para a mitigação das emissões de GEE, além de gerar um produto de valor agregado. A digestão anaeróbia vem sendo apontada como uma solução bastante promissora, principalmente, por representar uma tecnologia com soluções conectadas as crescentes necessidades de desenvolvimento sustentável, uma vez que ela pode ser empregada tanto no tratamento de resíduos orgânicos urbanos quanto na produção de bioenergia como o biogás. No entanto, antes da sua utilização, o biogás bruto deve passar por um processo de purificação, onde o nível de purificação pode variar consideravelmente dependendo da aplicação desejada. Uma opção bastante interessante para a purificação do biogás pode ser através da captura fotossintética do carbono presente em sua composição por meio de microalgas, uma vez que elas são capazes de converter o CO2 do biogás em biomassa celular através do processo de fotossíntese. Dentro desse contexto, o objetivo principal desse trabalho foi projetar e construir um biodigestor e um fotobiorreator para a produção e purificação de biogás, com sensoriamento em tempo integral para avaliação da qualidade do biogás produzido. O projeto dos equipamentos foi realizado com o auxílio de softwares como Inventor e CFD. Na sequência foi realizada a construção e a instrumentação do biodigestor e do fotobiorreator, para posterior uso na realização dos experimentos para a produção de biogás, a partir da codigestão anaeróbia de resíduos de alimentos e dejetos suínos, e sua purificação biológica com o uso de microalgas. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram a viabilidade do processo de (co)digestão anaeróbia para a produção de biogás, utilizando resíduos de alimentos e dejetos suínos. Após 120 dias de reação, o biogás gerado apresentou uma concentração de 75,17% de CH4 e 24,82% de CO2, evidenciando a eficácia do biodigestor construído. Além disso, foi possível verificar a importância da purificação do biogás, uma vez que a análise dos dados mostrou um aumento de 1,67% na concentração de CH4 após 30 minutos de purificação utilizando microalgas.