Meio ambiente

Biohidrogênio limpo é produzido a partir de resíduos de madeira

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/12/2024

Hoje a madeira velha tratada com químicos tem de ser incinerada em grandes centrais elétricas autorizadas. A ideia é que essa madeira seja utilizada para produzir hidrogênio, com o processo gerando ainda carotenoides e amido.
[Imagem: Fraunhofer IGB]

Hidrogênio com biotecnologia

A madeira talvez seja a mais antiga matéria-prima usada pelos seres humanos, mas seu uso hoje atingiu uma escala tão ampla que descartá-la não pode contar mais com o fato de que ela irá se decompor naturalmente - e queimá-la, que é o que mais se faz hoje, também se tornou uma alternativa pouco aceitável, mesmo que seja para gerar energia.

Foi aí que pesquisadores alemães decidiram iniciar o projeto H2Wood, visando a produção de hidrogênio combustível a partir da madeira - queimar hidrogênio só produz água como subproduto, e o gás ainda pode ser usado em células a combustível, gerando eletricidade diretamente.

A ideia é que resíduos de madeira e madeira velha possam ser utilizados para produzir biohidrogênio por meio de processos biotecnológicos alinhados com as exigências de uma economia circular.

A rota escolhida usa a madeira para produzir açúcar, e então bactérias geneticamente modificadas para isso alimentam-se do açúcar e produzem hidrogênio. Esse processo gera também dióxido de carbono (CO₂), mas esse subproduto indesejado é imediatamente usado para cultivar microalgas, que também produzem hidrogênio.

A proposta deu certo em escala de laboratório, e agora a equipe está trabalhando na construção de uma planta-piloto para a produção de hidrogênio, um passo essencial entre o laboratório e a escala comercial. A planta deverá começar a operar já em 2025.

A partir da esquerda: Madeira velha não tratada, madeira em solução de polpação, fibras de celulose (após fervura e lavagem), solução de açúcar de fibras de celulose, produtores anaeróbicos de hidrogênio (bactérias) e microalgas.
[Imagem: Fraunhofer IGB]

Biohidrogênio

O processo de produção do biohidrogênio começa com o pré-processamento da madeira velha e residual.

Primeiro, os resíduos de madeira, como paletes ou cercas de jardim antigas, são despolpados e decompostos nos seus componentes básicos. Para isso, a madeira é fervida sob pressão a 200 °C em uma mistura de etanol e água. A lignina, bem como os adesivos, solventes e tintas provenientes dos resíduos de madeira, dissolvem-se no etanol, separando os contaminantes químicos das fibras da madeira.

Na etapa seguinte, a fração de fibra de madeira que resta após a fervura, a celulose e parte da hemicelulose são decompostas em moléculas individuais de açúcar (glicose e xilose), que servem de alimento ou substrato para os microrganismos produtores de hidrogênio.

"Separar a madeira em suas frações é um processo que requer experiência. É aqui que aproveitamos os muitos anos de experiência que adquirimos na construção de nossa biorrefinaria de lignocelulose," disse a professora Ursula Schliessmann, do Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia.

Para converter o açúcar produzido em hidrogênio, os pesquisadores estabeleceram dois processos de fermentação interligados, usando bactérias produtoras de hidrogênio e microalgas.

As bactérias produzem hidrogênio e CO₂. O CO₂ é separado da mistura gasosa e transferido para o reator de algas, um fotobiorreator. As microalgas usam o gás como fonte de carbono e se multiplicam. Ao contrário das bactérias, elas não necessitam de açúcar. Numa segunda etapa, as microalgas são transferidas para um reator especialmente projetado, onde liberam hidrogênio através da fotossíntese direta.

As bactérias crescem com os açúcares produzidos a partir da madeira e, como resultado, produzem hidrogênio e CO₂.
[Imagem: Fraunhofer IGB]

Planta modular

A equipe espera um rendimento elevado na produção do biohidrogênio: Inicialmente, cerca de 0,2 quilograma de glicose pode ser produzido a partir de um quilograma de madeira velha. "Podemos então produzir 50 litros de H₂ usando microrganismos anaeróbicos," disse Schliessmann.

Durante a fermentação com bactérias anaeróbicas, o CO₂ é produzido em porções iguais, ou seja, 50%. Uma vez separado o hidrogênio da mistura gasosa, aproximadamente dois quilogramas de CO₂ no fotobiorreator podem produzir um quilograma de biomassa de microalgas. Essa biomassa tem um teor de amido de até 50%, além do pigmento luteína. A biomassa de algas que sobra poderia, por exemplo, ser usada para componentes plásticos, novamente com a ajuda de bactérias.

A planta-piloto, com três biorreatores, já está atualmente em construção, o que está sendo feito na forma de módulos - isto significa que a planta será expansível, bastando adicionar mais reatores. Além disso, será possível combinar diferentes etapas do processo de forma modular, um pré-requisito ideal para testar novas tecnologias e modos de aumentar o rendimento do processo como um todo.