Digestão anaeróbia e biogás

A digestão anaeróbia é a decomposição de matéria orgânica húmida por micróbios, num tanque fechado e sem ar. Produz biogás, um combustível feito sobretudo de metano e dióxido de carbono, e um digerido que se espalha nos campos. Em meados da década de 1890, em Exeter, Inglaterra, queimava-se em candeeiros o gás de um tanque coberto de águas de esgoto.

O que é

A digestão anaeróbia é uma putrefação sem ar. Num tanque fechado e sem oxigénio, uma comunidade de bactérias e arqueias decompõe matéria orgânica húmida, como estrume, lamas de depuração ou restos de comida. As arqueias que formam o metano são anaeróbias estritas, ao passo que parte das bactérias que atacam a matéria e formam os ácidos são anaeróbias facultativas: vivem com ou sem oxigénio. Em conjunto, transformam grande parte do carbono dessa matéria em biogás, uma mistura inflamável de metano e dióxido de carbono com algum vapor de água e um pouco de sulfureto de hidrogénio. A proporção de metano depende do que se introduz: a Administração de Informação sobre Energia dos Estados Unidos indica 45 a 65 %, a Agência de Proteção do Ambiente 50 a 75 %.

A mesma decomposição dá-se por si só na lama dos pântanos, onde o gás sobe em bolhas e se perde. Um digestor encerra-a para que o gás possa ser recolhido e usado. O que sai do tanque, o digerido, conserva a maior parte dos nutrientes da carga e espalha-se nos campos como adubo. O biogás arde em fogões, caldeiras ou motores que acionam geradores e, depois de retirados o dióxido de carbono e as impurezas, pode ser injetado na rede de gás natural.

Um digestor doméstico do tipo há muito promovido na Índia é uma fossa revestida de tijolo e cheia de bosta misturada com água. Uma campânula de aço, aberta em baixo, flutua de boca para baixo sobre a mistura e desliza ao longo de um tubo-guia central. O material fresco é deitado num tanque de carga, de onde um tubo o leva ao fundo da fossa, e o mesmo volume de digerido transborda pela saída. O gás sai por um tubo no topo da campânula.

Como funciona

A digestão faz-se por etapas, cada uma a cargo de micróbios diferentes. Primeiro, enzimas libertadas por bactérias partem gorduras, proteínas e hidratos de carbono em moléculas mais pequenas: ácidos gordos, aminoácidos e açúcares. Outras bactérias fermentam-nos em ácidos gordos voláteis e depois em ácido acético, hidrogénio e dióxido de carbono. Na última etapa, arqueias metanogénicas transformam o ácido acético, ou o hidrogénio e o dióxido de carbono, em metano.

Os produtores de metano crescem devagar e desequilibram-se com facilidade. Se o digestor for sobrecarregado ou a sua temperatura mudar de repente, os ácidos acumulam-se mais depressa do que as arqueias os consomem, a mistura acidifica e a produção de gás cai. Por isso os digestores são alimentados com regularidade e mantidos a um calor constante, quase sempre perto de 35 °C, que convém aos micróbios mesófilos, ou perto de 55 °C para os termófilos, mais rápidos mas mais difíceis de estabilizar. A mistura fica lá dentro várias semanas, o suficiente para que as arqueias, que crescem devagar, acompanhem o ritmo. Com matérias fibrosas como o estrume, é muitas vezes a primeira etapa, a decomposição das fibras, que limita a velocidade.

Num digestor de campânula flutuante, o gás junta-se debaixo da campânula e levanta-a. O peso da campânula fixa a pressão do gás, que se mantém quase constante, e a sua altura mostra quanto gás está armazenado. Quando se tira gás para o fogão, a campânula volta a descer.

Num digestor de cúpula fixa, o gás retido sob a cúpula de alvenaria empurra a mistura para a câmara de saída.

O digestor de cúpula fixa, o modelo habitual dos programas domésticos chineses, não tem nenhuma peça móvel. É uma câmara fechada de tijolo, pedra ou betão coberta por uma cúpula. O gás reúne-se sob a cúpula e empurra parte da mistura para uma câmara de saída; a pressão sobe à medida que o gás se acumula e desce quando é usado, enquanto a mistura reflui. A cúpula tem de ser estanque ao gás, porque qualquer fenda o deixa escapar.

O biogás em bruto contém sulfureto de hidrogénio, um gás que cheira a ovos podres e é tóxico em concentrações elevadas. Retira-se primeiro, juntamente com o vapor de água. Retirando também o dióxido de carbono, fica metano quase puro, chamado biometano, que serve para tudo aquilo em que se usa o gás natural.

Como fazer

Um balão sobre o gargalo da garrafa recolhe o gás produzido pela papa no interior.

Uma garrafa de plástico e um balão bastam para ver a digestão a funcionar. Use uma garrafa de bebida limpa de 1,5 ou 2 litros. Ponha lá dentro restos de legumes bem picados e algumas colheres de estrume fresco de vaca ou de cavalo, ou de terra de jardim, que trazem os micróbios. Junte água morna até cerca de um terço da garrafa, para deixar bastante espaço ao gás, e agite com cuidado. Estique um balão sobre o gargalo e envolva a junta com fita-cola para que fique estanque.

Ponha a garrafa num sítio quente, ao abrigo do sol direto, e observe-a todos os dias. Ao fim de alguns dias o balão começa a encher. Prepare uma segunda garrafa da mesma maneira e guarde-a num local fresco: comparando as duas, vê-se quanto o calor acelera os micróbios. Medindo todos os dias a volta de cada balão com uma tira de papel, obtém-se uma curva de crescimento.

Aviso de segurança. O gás do balão é inflamável e pode conter sulfureto de hidrogénio: nunca aproxime uma chama ou uma faísca e nunca tente acendê-lo. Nunca feche a garrafa com uma tampa, porque a pressão subiria; o balão é a saída. O estrume e os restos em decomposição transportam germes: use luvas, lave as mãos depois de mexer nas garrafas, mantenha-as longe dos alimentos e fora do alcance das crianças pequenas. No fim, leve a garrafa para o ar livre, longe de qualquer chama, deixe sair o gás e despeje o conteúdo no compostor.

História e evolução

O gás inflamável libertado pela matéria em putrefação foi notado muito antes de ser aproveitado. No século XVII, o médico flamengo Jan Baptista van Helmont registou que a matéria orgânica em decomposição libertava um gás inflamável.

Volta revolvia a lama de um caniçal e recolhia as bolhas num recipiente invertido.

Em 1776, Alessandro Volta, de barco perto de Angera, no lago Maior, revolveu o fundo lamacento entre os caniços e recolheu as bolhas que subiam. O gás ardia, e chamou-lhe ar inflamável nativo dos pântanos. Concluiu que a quantidade de gás dependia da quantidade de vegetação em decomposição.

Os primeiros digestores surgiram com o tratamento dos esgotos. Em Exeter, em 1895, o engenheiro municipal Donald Cameron construiu um grande tanque coberto onde as águas de esgoto assentavam e apodreciam sem ar, e chamou-lhe fossa séptica. O gás dos esgotos de Exeter foi queimado em candeeiros: a Penn State Extension data o facto de 1895, a FAO de 1896. Na bacia do Emscher, no Ruhr, Karl Imhoff patenteou em 1906 um tanque onde as águas de esgoto decantavam e as suas lamas eram digeridas, e tanques do seu tipo foram em breve construídos também na América do Norte. No final da década de 1920, Arthur Buswell iniciou as investigações que, com outros trabalhos dos anos 30, identificaram os micróbios envolvidos e as condições que favorecem o metano.

No século XX, pequenos digestores alimentados com bosta espalharam-se pela Ásia rural. A Índia promoveu instalações de campânula flutuante, e mais tarde de cúpula fixa, para as famílias camponesas. A China lançou campanhas de massa e, no final dos anos 70, tinha construído cerca de sete milhões de digestores domésticos, mas muitos, mal construídos, tinham fugas e foram depressa abandonados. Hoje, grandes digestores tratam lamas de depuração, estrume e resíduos alimentares em muitos países, e o seu gás produz calor e eletricidade ou, depois de depurado, entra nas redes de gás.