Bactérias e arqueias trabalham em conjunto dentro dos biodigestores para transformar resíduos orgânicos em biogás, uma fonte de energia renovável com potencial para contribuir com a transição energética.

O que acontece dentro de um biodigestor para que resíduos orgânicos se transformem em biogás? A resposta está na microbiologia. Uma comunidade diversificada de microrganismos atua de forma coordenada para decompor a matéria orgânica e produzir um gás rico em metano, que pode ser utilizado para gerar eletricidade, produzir calor ou, após purificação, abastecer veículos e redes de gás.

Esse processo biológico é conhecido como digestão anaeróbia e ocorre na ausência de oxigênio. Ele pode aproveitar diferentes matérias-primas, como resíduos agroindustriais, dejetos animais, lodo de esgoto e a fração orgânica de resíduos urbanos.

Mas essa transformação não acontece de uma só vez. Ela depende de diferentes grupos de microrganismos, que convertem moléculas complexas em compostos cada vez mais simples até chegar à formação do metano.

O que acontece dentro de um biodigestor?

Dentro do biodigestor, bactérias e arqueias participam de uma cadeia de reações bioquímicas interdependentes. Cada grupo desempenha funções específicas, e os produtos gerados em uma etapa servem de substrato para os microrganismos que atuam na etapa seguinte.

De maneira simplificada, a digestão anaeróbia é dividida em quatro etapas principais: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese.

Embora sejam apresentadas em sequência para facilitar a compreensão, essas etapas podem ocorrer simultaneamente em diferentes regiões do biodigestor.

1. Hidrólise: quebrando moléculas complexas

A primeira etapa é a hidrólise. Nela, moléculas orgânicas complexas, como carboidratos, proteínas e lipídios, são quebradas em compostos menores, que podem ser utilizados pelos microrganismos nas etapas seguintes.

Carboidratos podem dar origem a açúcares simples, proteínas são degradadas em aminoácidos e lipídios podem ser convertidos em ácidos graxos e glicerol.

Essa etapa é fundamental porque muitos componentes da matéria orgânica precisam ser desestruturados antes de serem metabolizados por outros microrganismos.

A velocidade da hidrólise depende de fatores como a composição do resíduo, a disponibilidade de matéria orgânica e as características operacionais do biodigestor. Materiais ricos em fibras, por exemplo, podem apresentar maior resistência à degradação.

2. Acidogênese: formando compostos intermediários

Após a hidrólise, os compostos menores são absorvidos e metabolizados por microrganismos fermentativos.

Durante a acidogênese, esses compostos são convertidos em diferentes produtos, incluindo ácidos orgânicos, álcoois, dióxido de carbono (CO₂) e hidrogênio (H₂). Dependendo da composição da matéria-prima e das condições do processo, também podem ser formados outros compostos intermediários.

Essa etapa é importante para transformar os produtos da hidrólise em substâncias que alimentarão as comunidades microbianas responsáveis pelas etapas posteriores.

Entretanto, o equilíbrio é essencial. O acúmulo excessivo de determinados ácidos orgânicos pode reduzir o pH do biodigestor e prejudicar a atividade dos microrganismos envolvidos na produção de metano.

3. Acetogênese: preparando o caminho para o metano

Na terceira etapa, ocorre a acetogênese. Nela, determinados microrganismos convertem compostos produzidos anteriormente em substâncias que podem ser utilizadas pelos microrganismos metanogênicos.

Entre os principais produtos estão o acetato, o hidrogênio e o dióxido de carbono.

Alguns compostos, como determinados ácidos orgânicos e álcoois, podem ser convertidos em acetato e hidrogênio por microrganismos acetogênicos. Essas reações dependem, em muitos casos, da cooperação com outros microrganismos que consomem o hidrogênio produzido.

Essa interação demonstra como a digestão anaeróbia depende não apenas de espécies individuais, mas também das relações metabólicas existentes entre diferentes membros da comunidade microbiana.

Ao final dessa etapa, parte importante da matéria orgânica já foi convertida em substratos que podem alimentar diretamente a produção de metano.

4. Metanogênese: a formação do metano

Chegamos à etapa central para a produção de biogás: a metanogênese.

Ela é realizada por microrganismos metanogênicos, que pertencem ao domínio Archaea, conhecido como arqueias. Apesar de se parecerem com bactérias em alguns aspectos, esses organismos formam um grupo distinto, com características bioquímicas próprias.

Na digestão anaeróbia, De forma simplificada, importantes transformações podem ser representadas pelas seguintes reações:

  • A partir do acetato: CH₃COOH → CH₄ + CO₂
  • A partir do hidrogênio e do dióxido de carbono: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O

Existem também outras rotas metanogênicas, mas essas duas são fundamentais para compreender como diferentes compostos produzidos nas etapas anteriores podem dar origem ao metano.

É importante destacar que a metanogênese é uma etapa particularmente sensível às condições ambientais. Temperatura, pH, disponibilidade de nutrientes, presença de substâncias inibidoras e equilíbrio entre as populações microbianas influenciam o desempenho do processo.

Quando essas condições são adequadas, a comunidade microbiana consegue converter a matéria orgânica em biogás de maneira eficiente.

Por que o metano é tão importante para a produção de energia?

O biogás é uma mistura gasosa composta principalmente por metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂), além de pequenas quantidades de outros gases, cuja composição depende da matéria-prima e das condições de produção.

É o metano que confere ao biogás a maior parte de seu conteúdo energético. Quanto maior sua proporção, maior tende a ser o poder calorífico do gás por unidade de volume, considerando condições equivalentes de medição.

O biogás pode ser utilizado diretamente em equipamentos adequados para a geração de calor e eletricidade. Já para produzir biometano, é necessário remover grande parte do CO₂ e de outros componentes, além de atender aos requisitos de qualidade aplicáveis ao uso pretendido.

O biometano pode substituir combustíveis fósseis em determinadas aplicações, inclusive no transporte e em usos industriais, contribuindo para diversificar a matriz energética.