4º Ep - Laboratórios da Embrapa - Concórdia/SC

Laboratórios de Biogás do Brasil

Série Especial

Uma série de reportagens especiais com o objetivo de apresentar os principais laboratórios que atuam na área de digestão anaeróbia, caracterização de substratos e produção de biogás, localizados em diferentes regiões do Brasil.

Para trabalhar na área de recuperação energética de resíduos orgânicos por meio da digestão anaeróbia é imprescindível a instalação de um laboratório de biogás e biometano para realização de análises de caracterizações físico-química dos substratos, avaliação e cultivo de inóculos, assim como para a montagem de reatores anaeróbios em escala de bancada ou em escala piloto, com as mais variadas especificações operacionais.

Avaliar diferentes parâmetros bioquímicos possibilitam um controle rígido do bioprocesso, desta forma as plantas de biogás podem alcançar alto desempenho operacionais. Estruturar um laboratório na área de digestão anaeróbia amplia a capacidade de pesquisa e desenvolvimento, proporcionado segurança aos projetos de plantas de biogás e minimizando riscos do processos.

Há uma demanda crescente para analisar diferentes matérias-primas para produção de biogás e identificar o potencial bioquímico de metano, avaliar o desempenho de ensaios de biometanização e identificar os parâmetros operacionais que tornem o processo de produção de biogás mais eficiente, seguros e economicamente viáveis.

Afinal, o que é um Laboratório?

“De acordo com o conceito apresentado na Wikipédia, Laboratório é uma sala ou espaço físico devidamente equipado com instrumentos próprios para a realização de experimentos e pesquisas científicas diversas, dependendo do ramo da ciência para o qual foi planejado.

A importância do laboratório na investigação ou escala industrial em qualquer de suas especialidades, seja química, dimensional, elétrica, biológica, baseia-se no exercício de suas atividades sob condições ambientais controladas e normatizadas, de modo a assegurar que não ocorram influências estranhas que alterem o resultado do experimento ou medição e, ainda, de modo a garantir que o experimento seja repetível em outro laboratório e obtenha o mesmo resultado”.

Neste 4º Episódio da série temos o prazer de apresentar:

Laboratório de Biogás da Embrapa

Embrapa Suínos e Aves, Concórdia - SC

Para iniciarmos com chave de ouro a temporada 2022 da série Laboratórios de Biogás do Brasil vamos apresentar neste 4º episódio o “Laboratório de Biogás da Embrapa Suínos e Aves”.

Antes de falarmos diretamente dos atuais projetos e da atual estrutura localizada na unidade Embrapa Suínos e Aves, vamos destacar alguns pontos que coincidem com mesmo período de introdução do biogás no Brasil e da fundação da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa).

No Brasil, o desenvolvimento dos primeiros projetos de biogás iniciou nos anos de 1970. Essa primeira iniciativa de introdução da tecnologia ocorreu a partir de projetos de extensão rural com a instalação de biodigestores modelos indianos e chinês. Um dos fatores que motivaram esses projetos foram a crise energética da década de 1970 e a necessidade do desenvolvimento de soluções para saneamento rural. No entanto, vários fatores contribuíram para a descontinuidade da operação desses biodigestores, impactando diretamente na viabilidade desse modelo de introdução do processo de produção de biogás em propriedades rurais, durante os anos 1970 e 1980.

A identificação de gargalos do processo, necessidade de dimensionamentos mais precisos, estudos de determinação do potencial bioquímico de metano, desenvolvimento de estratégias para estruturação de uma cadeia do biogás, a mitigação de riscos do processo e o desenvolvimento de inteligência de projetos e desenvolvimento de mercado de biogás são alguns exemplos de ações lideradas pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) nesses últimos 40 anos que contribuíram para o atual estágio de desenvolvimento do mercado brasileiro do biogás.

A Embrapa teve e tem um papel de destaque na construção e no fortalecimento do mercado brasileiro do biogás. Para contar um pouco sobre o histórico das contribuições da Embrapa à cadeia do biogás, dos projetos desenvolvidos nos laboratórios, assim como dos processos de operação do laboratório, o Portal Energia e Biogás conversou com o pesquisador da Embrapa Suínos e Aves, Airton Kunz.

ENTREVISTA

Dr. Airton Kunz

Químico industrial, doutor em Química, pesquisador da Embrapa Suínos e  Aves, Concórdia, SC

Portal - Com uma carreira de 20 anos como pesquisador, fale um pouco sobre o histórico dos principais projetos na área de digestão anaeróbia e produção de biogás desenvolvidos pela Embrapa.

Airton Kunz - O início das atividades com biodigestão na Embrapa ocorreram logo após a sua fundação, entre o final da década de 1970 e início da década de 1980. Nessa primeira fase o foco de atuação foram os projetos de extensão rural. Desde o início a Embrapa teve que superar inúmeros desafios para introdução de biodigestores. Algumas publicações desse período destacaram os programas de pesquisa e de divulgação do biogás, como por exemplo:

Obs.: Para acessar as referências citadas na linha do tempo acima, clique no respectivo "ano".

Nessa primeira fase as ações concentraram-se em tecnologias rurais de biodigestão como os modelos de biodigestores Chinês, Indiano e modelos de biodigestores em batelada. No entanto, diversos fatores foram responsáveis pelo insucesso dos biodigestores nesse período. Fatores como: a falta de capacitação adequada para desenvolvimento dos projetos, construção e operação dos biodigestores; alto custo para desenvolvimento dos biodigestores; equipamentos inadequados para uso do biogás e do biofertilizante; acesso à energia elétrica e ao gás de cozinha com custos menores; falta de legislação adequada para projetos de biogás e a falta de políticas públicas para o incentivo de novos projetos e assistência aos produtores foram alguns dos principais fatores para o  insucesso.

A partir do final da década de 1990 e início dos anos 2000 houve uma nova fase do desenvolvimento de novos projetos de biogás no Brasil. Essa segunda fase foi impulsionada pelo Protocolo de Kyoto, que foi um acordo firmado entre os países membros da Organização das Nações Unidas (ONU) para mitigar, remediar e reduzir os efeitos das mudanças climáticas, causados pela produção de resíduos e a emissão de Gases do Efeito Estufa (GEEs). 

Para reduzir a emissão de GEEs foi criado o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), que possibilitava que países desenvolvidos pudessem compensar suas emissões de GEEs comprando Certificados de Emissões Reduzidas (Créditos de Carbono) de outros países. No Brasil, esse mecanismo incentivou o desenvolvimento de inúmeros projetos de biogás. Entre eles destacam-se o uso de biodigestores lagoa coberta (inicialmente intitulados como biodigestor modelo canadense) aplicados principalmente na suinocultura. Esse modelo foi bastante difundido na região sul do Brasil, por concentrar a produção de suínos no Brasil durante os anos 2000. 

Nessa segunda fase surgiram novos desafios que contribuíram para que muitos projetos deixassem de ser operados, resultando na descontinuidade de muitos biodigestores. Para superar esse gargalos novas linhas de pesquisas foram desenvolvidas pela Embrapa. Algumas publicações desse período destacam os desafios e os resultados obtidos pela Embrapa para auxiliar os produtores de biogás:

Obs.: Para acessar as referências citadas na linha do tempo acima, clique no respectivo "ano".

A partir da década de 2010, a pesquisa, o desenvolvimento e a inovação na segmento de digestão anaeróbia, produção de biogás e digestato na Embrapa Suínos e Aves atingiu um novo nível de maturidade tecnológica com a estruturação de uma nova estrutura de laboratório dedicada aos estudos do biogás e também com o desenvolvimento de novos projetos.

Foi durante esse período que a equipe de pesquisadores da Embrapa auxiliou na instalação do Laboratório de Biogás do Parque Tecnológico de Itaipu (PTI), atualmente CIBiogás. A Embrapa colaborou desde o início quando era apenas um pequeno laboratório. A ideia de criarmos um laboratório de biogás no PTI surgiu com Cícero Bley Jr., ainda quando atuava como Superintendente de Energias Renováveis na Itaipu Binacional. Então essa ideia, começou de um maneira bastante tímida, em uma sala, não tinha equipamentos, não tinha nada. Em um espaço, pensando na importância em ter um laboratório de biogás para o Brasil. Aí depois, o Cícero viajou para BOKU na Áustria para conhecer um laboratório de biogás (na University of Natural Resources and Life Sciences), que eu até tinha conhecido um ano antes em um congresso que participei na Áustria. Lá em Boku, ele conheceu o laboratório de biogás coordenado pelo Prof. Thomas Amon.

Então, isso foi muito legal, pois o Cícero Bley Jr. trouxe as ideias, as metodologias de lá e aqui o pessoal começou a trabalhar e estruturar esse laboratório de biogás no PTI (Fundação Parque Tecnológico de Itaipu).

E aí a Embrapa ajudou desde o princípio nas discussões, para instalação de equipamentos, algumas questões analíticas, assim também com apoio e capacitação de pessoal, da equipe da Embrapa o analista Ricardo Steinmetz teve um papel muito importante na coordenação destas ações. Naquele período houve intercambio, o pessoal do PTI veio aqui na Embrapa, assim como fomos até o PTI também.

Nos anos seguintes, a Embrapa ampliou a sua capacidade de pesquisa sobre biogás, colocando em operação o primeiro Laboratório de Estudos em Biogás de Santa Catarina, entre outros projetos inovadores que desenvolveu destacam-se: Sistrates®, BiogásFORT®, Rede BiogásFert, o estudo Interlaboratorial em Digestão Anaeróbia, entre outros.

Portal - A Embrapa é uma instituição pioneira no Brasil na área de biogás. Na década de 1980 já desenvolvia projetos de extensão rural e atualmente tem forte atuação em pesquisa, desenvolvimento e inovação. Ao longo desse tempo acumulou experiência e muita competência. Como a Embrapa Suínos e Aves está preparada para os desafios atuais como: processo de transição energética e descarbonização em setores como a suinocultura e a avicultura?

Airton Kunz - Ao longo das quatro últimas décadas a Embrapa teve muitas oportunidades de atuação no segmento de biogás, buscando sempre soluções para redução dos custos de produção e aumento da competitividade. Evoluímos com pesquisas que contribuíram para gerar mais conhecimento. Um vez que, quanto mais conhecimento, maior será o sucesso e menor serão os riscos dos projetos.

Nesse contexto, a Embrapa se preparou para os novos desafios, focando sempre em inovação. Um exemplo é o Programa Inova, que está alinhado a essas novas demandas e objetiva fomentar soluções que possam impactar as cadeias produtivas e alavancar oportunidades de parcerias.

Outro importante projeto da Embrapa é o Plano ABC+ que tem como objetivo avançar nas soluções tecnológicas sustentáveis para a produção no campo e a melhoria da renda do produtor rural, com foco no enfrentamento da agropecuária às mudanças do clima, possibilitando uma agricultura de baixo carbono.

Para a descarbonização e implantação do processo de transição energética serão necessários mecanismos e estratégias para expandir o uso de resíduos da produção animal visando a geração de energia renovável. Assim como, adoção de tecnologias voltadas à redução das emissões de gases de efeito estufa e aumento da reciclagem dos resíduos da produção animal como fonte de nutrientes para a agricultura.

São propostas que transitam pela área de digestão anaeróbia e produção de biogás, que fortalecem a economia circular, atendem aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) e tornam mais sustentável a suinocultura e a avicultura. Atuar para desenvolvimento da cadeia do biogás é uma forma direta de preparação para processo de transição energética e descarbonização.

A Embrapa Suínos e Aves também é uma das três instituições organizadoras (juntamente com CIBIogás e UCS) do 4º Fórum Sul Brasileiro de Biogás e Biometano (FSBBM) que acontecerá de 12 a 14 de abril de 2022 na cidade de Caxias do Sul em que questões de interesse a cadeia do biogás serão discutidas intensamente.

Portal - Sobre a atuação da Embrapa Suínos e Aves com projetos de pesquisa na área de biogás a mais de 40 anos, foi somente a partir de 2013 que a instituição passou a contar oficialmente com uma estrutura de laboratórios exclusiva para concentrar as atividades de determinação do potencial bioquímico de metano. O que representou para a instituição, em termos de avanços de pesquisa e produção científica, a implantação do laboratório de biogás?

Airton Kunz - Apesar de ampla experiência em campo da Embrapa Suínos e Aves, a lógica de avaliação de biodigestores em escala plena não atendia todas as demandas de pesquisas. A partir da década de 2010 houve a necessidade trazer o processo de digestão anaeróbia de volta para o laboratório, em um ambiente onde era possível ter controle maior do processo e identificar as melhores práticas.

A lógica do laboratório é contribuir com a cadeia do biogás, possibilitando qualidade e  estabilidade do processo, redução de riscos dos projetos, diminuir as incertezas no processo de tomada de decisão. Nesse sentido, o laboratório representou para o nosso trabalho um avanço enorme nos estudos possibilitando uma visão ampla do processo e diminuindo os riscos para tomada de decisão nos projetos de planta de biogás. 

Portal - Na Embrapa Suínos e Aves possui laboratórios que concentram exclusivamente as atividades de pesquisa na área de biogás ou os laboratórios são infraestrutura de acesso multiusuário, atendendo as diferentes demanda dos pesquisadores da instituição?

Airton Kunz - Os laboratórios são multiusuários, atendem todos os pesquisadores da Embrapa, mediante projetos.

Os projetos, de acordo com o novo Marco Legal de Ciência, Tecnologia e Inovação no Brasil, possibilitam a cooperação da Embrapa com diversas instituições e empresas para cocriação e resolução de problemas inserindo inovação técnológica a cadeia do biogás.

Essas parcerias para uso da estrutura de laboratórios (multiusuários) são muito bem-vindas e possibilitam as empresas atuarem em conjunto com a equipe da Embrapa para o desenvolvimento de novos projetos.

Os laboratórios da Embrapa que desenvolvem estudos em biogás e também os ensaios interlaboratoriais em digestão anaeróbia, possibilitam intercâmbio, aprendizado, desenvolvem excelência em qualidade para atender a cadeia do biogás. A Embrapa visa contribuir para a qualificação de laboratórios de biogás no Brasil para uniformização das metodologias de análise e  resultados de qualidade passíveis de serem  comparados nacional e internacionalmente.

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