OTIMIZAÇÃO INTELIGENTE DE BIODIGESTORES DOMÉSTICOS E INDUSTRIAIS COM TÉCNICAS DE APRENDIZADO DE MÁQUINA

Descrição

A geração de resíduos biodegradáveis podem causar danos irreparávies ao meio ambiente quando indevidamente descartados. Exemplos de tais resíduos incluem esgotos domésticos, dejetos de produção rural, rejeitos ou sobras de alimentos de restaurantes. No entanto, estes exemplos, devido à sua composição, possuem grande potencial de geração de renda através de processamento adequado. Neste sentido, a digestão anaeróbica de biomassa em biodigestores se destaca como um processo de tratamento de efluentes viável e bastante atrativo para pequenos empreendedores devido à possibilidade de geração de renda através da produção de biogás e biofertilizante, que podem ser utilizados para outros fins, trazendo lucros e benefícios ambientais. No entanto, esta interessante solução da forma como apresentada, necessita de investimento para implantação além de recursos para sua operacionalização ao longo do tempo. Assim, faz-se necessário um estudo prévio de viabilidade que pode ser baseado em um modelo matemático rigoroso do processo de digestão anaeróbica, como por exemplo o modelo ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) do grupo da força tarefa do IWA (International Water Association). O ADM1 é um modelo reacional estruturado contemplando as etapas bioquímicas de desintegração e hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese, todas expressas em forma de equações cinéticas compondo o modelo matemático do sistema de digestão anaeróbica. Este modelo extremamente complexo é implementado na plataforma Simulink a partir da qual simulações podem ser executadas para determinação de condições ótimas que gerem o máximo de metano no biogás e um biofertilizante de alta qualidade para uso agronômico. A obtenção de modelos mais simples a partir de modelos mais rigorosos através das técnicas de Machine Learning constitui-se em uma técnica bastante eficiente na resolução de problemas de otimização. Neste sentido, este projeto se propõem a desenvolver um aplicativo baseado no modelo rigoroso ADM1 para fins de simulações que também contenha um metamodelo simplificado e de baixa complexidade para uso em estudos de otimização através do uso de técnicas de Machine Learning. A contribuição pretendida é o uso do aplicativo para a otimização de biodigestores domésticos e industrias com vistas à geração de biogás e biofertilizantes, contribuindo assim para a proteção ambiental e geração de renda para pequenos, médios e grandes empreendimentos. Notadamente, devido ao escopo abrangente e multidisciplinar, este projeto se enquadra nas seguintes áreas prioritárias definidas pelo Ministério de Ciência, Tecnologia, Inovação e Comunicações (MCTIC): Habilitadoras de Inteligência Artificial; Produção de Indústria e Agronegócio; Desenvolvimento Sustentável em Energias Renováveis, Tratamento de Poluição e Preservação Ambiental; e da Qualidade de Vida relacionada ao Saneamento Básico.