Desenvolvimento de plataforma experimental de baixo custo para monitoramento e avaliação de biogás e biofertilizante em biodigestores anaeróbios

Descrição

O aproveitamento energético de resíduos orgânicos por meio da biodigestão anaeróbia representa uma alternativa relevante para a produção descentralizada de energia renovável, mitigação de impactos ambientais e valorização de resíduos agroindustriais, alimentares e urbanos. Nesse processo, a matéria orgânica é convertida em biogás, composto majoritariamente por metano e dióxido de carbono, e em digestato, material residual com potencial de uso agrícola como biofertilizante, desde que devidamente caracterizado e manejado. Apesar do potencial dessa tecnologia, ainda existem desafios relacionados ao monitoramento do processo, à avaliação da qualidade do biogás, à caracterização do biofertilizante e à validação de sistemas de baixo custo aplicáveis em ambiente laboratorial e em pequenas unidades descentralizadas. Nesse contexto, o presente projeto tem como objetivo desenvolver uma plataforma experimental de baixo custo para monitoramento e avaliação de biogás e biofertilizante em biodigestores anaeróbios. A proposta busca integrar atividades de desenvolvimento experimental, instrumentação, aquisição de dados, caracterização físico-química e avaliação de desempenho de biodigestores, criando uma estrutura de pesquisa capaz de subsidiar diferentes planos de trabalho de iniciação científica. A plataforma proposta será aplicada tanto em protótipos laboratoriais quanto em um biodigestor anaeróbio comercial da marca HomeBiogas 2.0, já instalado em ambiente real de aplicação, o que permitirá a comparação entre condições controladas de laboratório e condições operacionais próximas da realidade. O projeto contempla o aprimoramento de um protótipo laboratorial de baixo custo para produção e avaliação de biogás, a investigação de diferentes substratos orgânicos e o estudo de materiais absorvedores de CO₂ para beneficiamento do biogás. Também contempla o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados baseado em sensores e o monitoramento de variáveis operacionais relevantes. Entre as variáveis de interesse estão temperatura interna e externa, pressão interna, vazão de biogás, pH do substrato, nível do substrato, e, quando houver disponibilidade instrumental, composição do biogás, especialmente os teores de CH₄ e CO₂. A caracterização do material residual da biodigestão também será considerada, com foco em parâmetros associados à estabilidade do processo e ao potencial de uso do digestato como biofertilizante. A utilização do biodigestor HomeBiogas 2.0 já instalado representa uma vantagem experimental importante, pois possibilita a coleta de dados em uma unidade real de biodigestão anaeróbia, alimentada com resíduos orgânicos e capaz de gerar biogás e biofertilizante em condições próximas à aplicação prática. Essa unidade poderá servir como referência para caracterização do biogás produzido, avaliação do digestato, validação de sensores, testes de monitoramento remoto e comparação com resultados obtidos em protótipos laboratoriais. Dessa forma, o projeto amplia sua robustez metodológica ao combinar desenvolvimento em bancada com observação experimental em sistema funcional. A proposta está articulada ao projeto Universal do CNPq aprovado sob o processo nº 405925/2023-9, intitulado “Desenvolvimento de um sistema de produção de biogás com filtros absorvedores de CO₂ para uso em áreas rurais”, bem como ao projeto de extensão universitária intitulado “Ciclo Verde: Biodigestão Participativa e Promoção do Uso de Biofertilizante e Biogás na Agricultura Sustentável”. Dessa forma, o projeto busca aproximar pesquisa científica, desenvolvimento tecnológico e aplicação social, contribuindo para a formação de estudantes de graduação em energias renováveis, instrumentação, biodigestão anaeróbia, análise experimental e desenvolvimento de tecnologias sustentáveis. Espera-se que os resultados contribuam para o avanço de uma plataforma experimental de baixo custo, com potencial de aplicação em ensino, pesquisa, extensão e desenvolvimento tecnológico. Além disso, o projeto deverá gerar dados experimentais sobre produção e qualidade do biogás, desempenho de biodigestores, monitoramento de variáveis operacionais e caracterização do biofertilizante. Os resultados poderão subsidiar publicações científicas, apresentação em eventos acadêmicos, depósito de patente, registro de software e desenvolvimento de soluções replicáveis para pequenas unidades de biodigestão anaeróbia.