Cascas de noz-pecã podem ser usadas na purificação do biogás, aponta pesquisa desenvolvida na Univates

Transformar resíduos em energia é uma das estratégias mais promissoras para enfrentar desafios ambientais e ampliar a produção de fontes renováveis. Entretanto, para que o biogás produzido a partir da decomposição de matéria orgânica possa ser utilizado com segurança e eficiência, ele precisa passar por um processo de purificação capaz de remover compostos contaminantes, especialmente o sulfeto de hidrogênio (H₂S), um gás tóxico e altamente corrosivo. 

Buscando alternativas mais sustentáveis e economicamente viáveis para essa etapa, uma pesquisa desenvolvida na Universidade do Vale do Taquari - Univates demonstrou que resíduos agroindustriais abundantes, como cascas de noz-pecã, podem substituir materiais convencionais utilizados na dessulfurização do biogás.

O estudo foi desenvolvido por Sandyelen Vian, estudante do curso de Engenharia Química da Univates, em um estágio feito no Centro de Pesquisa em Energias e Tecnologias Sustentáveis (Cpets), coordenado pelo professor doutor Odorico Konrad, onde despertou seu interesse e foi estendido para seu trabalho de conclusão de curso, orientado pela professora doutora Cleide Borsoi. O trabalho tem parceria com pesquisadores do Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Desenvolvimento (PPGAD), do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia (PPGBiotec), o Cpets e instituições da Alemanha e do Canadá. Os resultados foram publicados na revista científica internacional Waste Management & Research.

Síntese da pesquisa 

A pesquisa avaliou o desempenho de dois resíduos agroindustriais, a bucha vegetal (Luffa cylindrica) e a casca de noz-pecã (Carya illinoinensis), como meios filtrantes em biofiltros destinados à remoção de sulfeto de hidrogênio do biogás. O desempenho desses materiais foi comparado ao do carvão ativado, considerado atualmente uma das principais tecnologias comerciais empregadas para esse tipo de tratamento.

Os resultados indicaram que ambos os materiais apresentaram elevada eficiência no início da operação. Contudo, ao longo do experimento, a casca de noz-pecã destacou-se pela estabilidade operacional e pela capacidade de recuperar parte de seu desempenho após situações de sobrecarga, alcançando resultados estatisticamente semelhantes aos obtidos com o carvão ativado.

Segundo os autores, os achados demonstram que resíduos agroindustriais amplamente disponíveis podem contribuir para reduzir custos operacionais, diminuir impactos ambientais e fortalecer modelos de economia circular associados à produção de biogás.

A pesquisa também demonstra uma oportunidade de agregar valor a resíduos agrícolas que normalmente apresentam baixo aproveitamento econômico, transformando-os em insumos para tecnologias voltadas à geração de energia renovável.

Para entender o contexto do estudo

Durante a digestão anaeróbia, processo biológico utilizado para produzir biogás a partir de resíduos orgânicos agrícolas, industriais e pecuários, forma-se naturalmente o sulfeto de hidrogênio. Embora presente em pequenas proporções quando comparado ao metano e ao dióxido de carbono, esse composto representa um dos principais desafios para o aproveitamento energético do biogás.

Além de ser tóxico, o H₂S provoca intensa corrosão em motores, turbinas, tubulações e demais equipamentos utilizados para geração de energia. Quando o biogás é queimado sem tratamento adequado, o composto também contribui para a formação de óxidos de enxofre, substâncias relacionadas à chuva ácida e a diversos impactos ambientais. Por essa razão, praticamente todas as plantas de produção de biogás necessitam de sistemas de dessulfurização antes da utilização do combustível.

Atualmente, o carvão ativado é uma das tecnologias mais empregadas para essa finalidade. Apesar da elevada eficiência, sua utilização apresenta limitações importantes. O material possui custo relativamente elevado, sofre saturação progressiva durante a operação e, após o uso, torna-se um resíduo perigoso que exige destinação ambientalmente adequada.

Foi justamente diante dessas limitações que surgiu a proposta da pesquisa desenvolvida na Univates: investigar se resíduos agrícolas abundantes poderiam desempenhar função semelhante, com menor custo e mais sustentabilidade.

Evolução da coluna de biofiltração preenchida com esponja de bucha (Luffa cylindrica) ao longo da operação experimental: (a) estágio inicial, com o material limpo, antes da colonização microbiana significativa; (b) estágio intermediário, com formação de biofilme e depósitos iniciais de compostos de enxofre sobre o meio suporte; e (c) estágio final, com maior acúmulo de biomassa e de depósitos de enxofre na parede da coluna e no material de enchimento. As imagens evidenciam o desenvolvimento progressivo da comunidade microbiana responsável pela oxidação do sulfeto de hidrogênio.

Como foi realizada a pesquisa  

Para responder a essa pergunta, os pesquisadores construíram uma planta-piloto composta por três colunas independentes de tratamento de biogás. Duas delas funcionavam como biofiltros biológicos e receberam, respectivamente, bucha vegetal e casca de noz-pecã como meio filtrante. A terceira foi preenchida com carvão ativado, utilizado como referência tecnológica.

Todo o sistema operou simultaneamente sob as mesmas condições experimentais, permitindo uma comparação direta entre os diferentes materiais.

Antes do início da operação, os biofiltros passaram por uma etapa de colonização microbiana. Para isso, foram preenchidos com digestato, líquido proveniente do biodigestor, contendo comunidades naturais de microrganismos capazes de oxidar o sulfeto de hidrogênio.

Após esse período de adaptação, o biogás começou a ser introduzido gradualmente nas colunas até atingir o regime operacional previsto.

Ao longo de 62 dias, foram monitoradas diariamente as concentrações de metano, dióxido de carbono, oxigênio, hidrogênio e sulfeto de hidrogênio por meio de analisadores específicos de biogás. Também foram acompanhados parâmetros como temperatura ambiente, pH do digestato, eficiência de remoção do H₂S, capacidade de eliminação do contaminante e carga aplicada ao sistema.

No total, foram tratados aproximadamente 139,5 mil litros de biogás durante mais de mil horas de operação.

Os resultados 

Os resultados mostraram que tanto a bucha vegetal quanto a casca de noz-pecã apresentaram desempenho inicial bastante elevado. Durante aproximadamente os primeiros trinta dias de operação, ambos os biofiltros removeram praticamente todo o sulfeto de hidrogênio presente no biogás, reduzindo concentrações superiores a milhares de partes por milhão para valores próximos de zero ou inferiores a 20 ppm.

Com o aumento progressivo da concentração de H₂S na entrada do sistema, entretanto, diferenças importantes começaram a surgir entre os materiais. A bucha vegetal apresentou perda gradual de eficiência devido ao acúmulo de enxofre em sua estrutura altamente porosa. Mesmo após a substituição do digestato utilizado para manter a atividade microbiana, o material não conseguiu recuperar seu desempenho inicial.

Já a casca de noz-pecã apresentou comportamento distinto. Após uma queda temporária de eficiência provocada pelo aumento extremo da carga de sulfeto de hidrogênio, o biofiltro voltou a operar com remoções próximas de 100% durante vários dias, indicando capacidade de regeneração biológica do sistema.

Segundo os pesquisadores, esse comportamento foi um dos principais diferenciais observados durante o estudo. Outra constatação importante foi que a casca de noz-pecã removeu aproximadamente 142,3 g de H₂S por metro cúbico de biogás tratado, desempenho superior ao observado tanto para a bucha vegetal quanto para o carvão ativado nas condições experimentais.

Além disso, análises estatísticas demonstraram que o desempenho da casca de noz-pecã não apresentou diferença significativa em relação ao carvão ativado, enquanto a bucha vegetal apresentou eficiência significativamente inferior.

Ou seja, o potencial do resíduo agroindustrial como alternativa tecnológica para aplicações em escala piloto e, futuramente, em sistemas comerciais de produção de biogás foi reforçado pelo estudo. 

Durante o funcionamento dos biofiltros, os pesquisadores também observaram visualmente a formação de biofilmes, comunidades de microrganismos aderidas ao material filtrante, responsáveis pela oxidação do sulfeto de hidrogênio.

À medida que o processo avançava, ocorreu o acúmulo de enxofre elementar sobre os materiais. Embora esse fenômeno faça parte do funcionamento normal dos biofiltros, o excesso de enxofre pode bloquear os poros do material, dificultando a passagem do gás e reduzindo a atividade microbiológica.

Na casca de noz-pecã, entretanto, esse efeito ocorreu de forma mais lenta, contribuindo para maior estabilidade operacional. Os pesquisadores destacam ainda que o enxofre acumulado nos materiais orgânicos poderá, futuramente, ser reaproveitado em processos como compostagem ou condicionamento de solos, ampliando o potencial ambiental da tecnologia.

Outro aspecto relevante observado foi que os materiais naturais preservaram praticamente inalterada a composição energética do biogás. As concentrações de metano e dióxido de carbono permaneceram relativamente estáveis durante o tratamento, indicando que o processo remove seletivamente o sulfeto de hidrogênio sem comprometer significativamente o potencial energético do combustível.

Evolução da coluna de biofiltração preenchida com casca de noz-pecã, evidenciando a condição visual do material de enchimento em diferentes estágios de operação: (a) primeiro dia, (b) 40º dia e (c) 62º e último dia de operação. Observam-se alterações progressivas na aparência do material, incluindo variações na coloração superficial e a presença de depósitos sobre a casca, indícios das transformações físicas decorrentes da interação entre o fluxo de biogás, o digestato recirculado e o material de enchimento ao longo do período de tratamento.

Além da eficiência técnica, o estudo discute aspectos econômicos e ambientais

Enquanto o carvão ativado exige substituições frequentes e processos de regeneração energeticamente intensivos, resíduos como a casca de noz-pecã apresentam ampla disponibilidade regional, baixo custo de aquisição e possibilidade de valorização de subprodutos agrícolas.

No Rio Grande do Sul, onde a produção de noz-pecã vem crescendo nos últimos anos, grandes volumes de cascas são descartados após o processamento do fruto. A pesquisa demonstra que esse resíduo pode deixar de representar um passivo ambiental para tornar-se matéria-prima de tecnologias voltadas à geração de energia limpa.

Segundo os autores, a integração entre aproveitamento de resíduos agrícolas e purificação do biogás fortalece estratégias de bioeconomia circular e pode contribuir para tornar a produção de energia renovável mais acessível, especialmente em pequenas propriedades rurais, cooperativas e sistemas descentralizados.

Embora os resultados sejam promissores, os pesquisadores ressaltam que novas investigações ainda são necessárias para compreender com mais profundidade aspectos relacionados à dinâmica das comunidades microbianas, ao acúmulo de enxofre, à perda de carga nos biofiltros e ao desempenho em operações industriais de longa duração. 

Referência 

VIAN, Sandyelen et al. Agro-industrial residues as biofilter media for biogas desulfurization: An alternative to activated carbon. Waste Management & Research, p. 0734242X261451606, 2026.