Cama frangos de corte

Airon Magno Aires *1; Jorge de Lucas Junior 2; Ellen Hatsumi Fukayama 3; Adriane de Andrada Silva 3; Camila Romantine Machado 4

1 Parte da dissertação do Primeiro Autor - Doutorando em Zootecnia da Universidade Estadual Paulista (UNESP) Campus de Jaboticabal-SP Brasil
2 Orientador e Professor do Departamento de Engenharia Rural da UNESP Campus de Jaboticabal.
3 Doutora em Zootecnia da UNESP Campus de Jaboticabal.
4 Mestranda da Pós-graduação em Energia na Agricultura da UNESP Campus de Botucatu.

Palavras chave: Produção de biogás, biodigestor batelada, biodigestão anaeróbia, aquecimento global, tratamento de dejetos

ABSTRACT – The objective was to evaluate the dilution (2:1 water / litter) and total separation of total solids (in mesh of 5 mm) of substrates of anaerobic digester batch operated with the liquid fraction of broiler litter for 63 days, analyzing the production of biogas and consequently the potential polluter of air emission of greenhouse gases. We used six digestors filled with broiler litter (peanut hulls), water and inoculum, and two treatments: with separation CSFS (mesh of 5 mm) and without separation SSFS, with three replications. The data cumulative weekly of production of biogas were analyzed in design of repeated measures in time. The burning of biogas occurred after 15 and 17 days of supply for treatments SSFS and CSFS, respectively. The production of biogas per kg of Total Solids Added and per kg of Volatile Solids Added did not differ between treatments. The average percentage of CH4 (75.76 %) for the treatment CSFS was above the average found in manure of pigs and dairy cattle, in addition, showed a lower pollutant load, if issued to the atmosphere without burning.

RESUMO – Objetivou-se avaliar a diluição (2:1 água/cama) e separação dos sólidos totais de substratos de biodigestores batelada operados com a fração líquida da cama de frango durante 63 dias, analisando a produção de biogás e consequentemente o potencial poluidor atmosférico da emissão de gases de efeito estufa. Foram utilizados seis biodigestores abastecidos com cama de frango (casca de amendoim), água e inóculo, sendo dois tratamentos: com separação (malha de 5 mm) e sem separação da fração sólida, com três repetições. Os dados de produção de biogás acumulado semanal foram analisados em delineamento de medidas repetidas no tempo. A queima do biogás ocorreu após 15 e 17 dias do abastecimento para os tratamentos SSFS e CSFS, respectivamente. A produção de biogás por kg de sólidos totais adicionados e por kg de sólidos voláteis adicionados não diferiu entre os tratamentos. A média percentual de CH4 (75.76 %) para o tratamento CSFS se mostrou acima das médias encontradas para dejetos de suínos e bovinos leiteiros, além disso, demonstrou uma menor carga poluente, caso seja emitida para atmosfera sem a queima.

A biodigestão anaeróbia da cama de frangos de corte é uma alternativa que o produtor avícola tem para adequar o seu sistema de tratamento de resíduos as legislações ambientais. Além disso, pode-se obter a sustentabilidade energética da granja, podendo gerar na maioria dos casos, um excedente de biogás/energia elétrica, que poderá ser comercializado. Registra-se que em 2008 foram produzidos no Brasil 5,08 bilhões de pintos de corte, que resultaram a produção de 11.03 milhões de toneladas de carne, consagrando o Brasil como o maior exportador mundial de carne de frango por cinco anos consecutivos (ABEF, 2009). Assim se considerar a produção média de cama de 2.19 kg por frango de corte (SANTOS & LUCAS JR., 2003), estima-se que em 2008 foram produzidos aproximadamente

11.12 bilhões de kg de cama de frango. E à medida que a produção nacional de frangos aumenta, maiores quantidades de cama são geradas sendo notória a necessidade eminente de se pensar nas possibilidades de manejo e de destino deste resíduo a fim de minimizar os impactos ambientais, por ele causado. O problema ambiental que vem recebendo atenção especial nos últimos anos, não apenas no que se refere à avicultura, mas a produção animal em geral é o alto potencial de emissão de gases de efeito estufa proveniente da degradação dos dejetos em locais inapropriados. Segundo a UNFCCC (2008) 20 % das emissões mundiais de gases de efeito estufa são provenientes das atividades agropecuárias, sendo o metano (produzido durante a degradação da matéria orgânica em meio anaeróbio) e o óxido nitroso (produzido em meios anaeróbios utilizando os compostos nitrogenados de natureza orgânica ou inorgânica) os principais gases envolvidos. Estes gases impedem a saída da radiação solar que é refletida na superfície da Terra para o espaço contribuindo assim para o aumento da temperatura global. Esses gases trazem grande preocupação devido ao seu tempo de vida na atmosfera e seu potencial de aquecimento global com relação ao CO2 (o CO2 é o principal gás do efeito estufa, por isso foi eleito como sendo índice 1 para o aquecimento global e os demais gases são comparados a ele). Segundo a UNFCCC (2008) a vida média desses gases na atmosfera seria de 12 anos para o CH4 e 120 anos para o N2O e os respectivos potenciais de aquecimento global de 21 e 310.

A única forma de evitar a emissão destes gases seria a captação e posterior queima, onde o CH4 e N2O seriam transformados em CO2 e N2 após a queima, reduzindo assim a contribuição para o aquecimento global. Neste sentido muitos estudos surgiram nas últimas décadas para avaliar a biodigestão anaeróbia de dejetos de aves com a finalidade de otimizar a produção de biogás e diminuir os gases de efeito estufa (WEBB e HAWKES, 1985; CHEN e SHYU, 1998; ITODO & AWULU, 1999; SANTOS, 2001; FUKAYAMA, 2008; AIRES, 2009). A biodigestão anaeróbia de excretas, uma das formas de bioconversão, oferece várias vantagens como: conversão de resíduos orgânicos em gás metano, o qual pode ser usado diretamente como fonte energética; redução da emissão de amônia; controle de odores e o efluente da digestão anaeróbia, que pode ser utilizado como biofertilizante nas plantações, por ser fonte de vários minerais, além de contribuir para a rápida amortização dos custos da tecnologia instalada. Além destas, outras vantagens da digestão anaeróbia podem ser citadas como: a contribuição para a mitigação das emissões de gases estufa como o CH4; a conservação de áreas destinadas a aterro de resíduos, diminuindo o acúmulo de metais no solo, além da lixiviação dos mesmos para o lençol freático; influência na balança comercial do país pela substituição de combustíveis fósseis e redução dos conseqüentes impostos (FUKAYAMA, 2008).

Entre as novas opções de manejo de resíduos encontra-se a separação das frações sólidas e líquidas com destinos diferenciados dentro da propriedade, aonde a fração líquida teria o destino da biodigestão anaeróbia e a fração sólida a compostagem. No entanto, para uma otimização do processo de biodigestão anaeróbia, esse substrato residual, a fração líquida, pode precisar de ajustes em suas características de sólidos totais e diluições necessárias visando o melhor desempenho do biodigestor (AIRES, 2009). O princípio da separação das frações sólida e líquida norteia a possibilidade de percolação dos nutrientes existentes no material total, sendo este lixiviado para a fração líquida, aumentando o poder de adesão das bactérias, melhorando o desempenho do biodigestor. Objetivou-se avaliar a diluição (2:1 água/cama) e separação das frações sólida e líquida (em malha de 5 mm) da cama de frangos de corte para ensaio de biodigestão anaeróbia, avaliação da produção de biogás e consequentemente o potencial poluidor atmosférico da emissão de gases de efeito estufa.

Os ensaios de biodigestão anaeróbia foram realizados na Universidade Estadual Paulista (UNESP), no Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – Campus de Jaboticabal, SP Brasil. Foram utilizados seis biodigestores tipo batelada, com capacidade útil de 60 litros de substrato em fermentação, que faziam parte de uma bateria de mini-biodigestores, descrita por Ortolani et al. (1986). E dois tratamentos, sendo um com separação das frações sólidas (CSFS) e outro sem separação das frações sólidas (SSFS). Foi utilizado como substrato cama de frangos de corte (terceiro lote de utilização) com material base de casca de amendoim água e inóculo. No tratamento CSFS, realizou-se a diluição em duas partes de água para uma parte de cama (2:1) segundo Aires (2009), em seguida realizou-se o peneiramento (malha de 5 mm), separando a fração sólida e líquida (76.80 % de fração sólida e 20.90 % de fração líquida) (Figura 1). Já no tratamento SSFS, utilizou-se cama de frango + água + inóculo, sem nenhum tratamento físico de separação de frações.

 

O inóculo (efluente previamente obtido da biodigestão anaeróbia de cama de frango com tempo de retenção hidráulica de 50 dias utilizado para o abastecimento foi preparado para obtenção do teor de sólidos totais (ST) próximos a 15 % do total da mistura, como recomendado por Santos (2001). Os substratos dos abastecimentos de ambos os tratamentos, foram preparados para obtenção de teor de sólidos totais próximos a 3 %.

Encontra-se na Figura 2 um fluxograma dos tratamentos utilizados.

Estão apresentados na Tabela 1 os períodos de operação dos ensaios e as quantidades médias dos componentes do substrato colocado nos biodigestores.

Tabela 1. Períodos de operação, tempos de retenção hidráulica (TRH) e quantidades médias dos componentes iniciais do substrato colocado nos biodigestores, de acordo com o tratamento.

As amostras destinadas às determinações dos teores de sólidos totais e voláteis, dos substratos e efluentes nos ensaios de biodigestão anaeróbia, foram acondicionadas em latinhas de alumínio previamente tarados, pesados para se obter o peso úmido (Pu) do material e em seguida, levadas à estufa com circulação forçada de ar, à temperatura de 65ºC até atingirem peso constante (em média 72 horas), em seguida foram pesadas novamente em balança com precisão de 0,01 g, obtendo-se o peso seco (Ps). O teor de sólidos totais foi determinado segundo metodologia descrita pela APHA (2000). Para determinação do teor de sólidos voláteis, os materiais secos obtidos após a determinação do teor de sólidos totais, foram pesados em cadinhos de porcelana e levados à mufla a temperatura de 575ºC durante um período de 2 horas e 30 minutos, após resfriamento em dessecadores, os materiais foram pesados em balança com precisão de 0,0001 g, obtendo-se o peso de cinzas. O teor de sólidos voláteis foi determinado a partir de metodologia descrita pela APHA (2000). Sendo os sólidos voláteis foram expressos, portanto, em porcentagem da matéria seca.

As produções de biogás foram calculadas com base nos deslocamentos dos gasômetros medidos com régua. O número obtido na leitura foi multiplicado pela área da seção transversal interna dos gasômetros, igual a 0.2827 m2. Após cada leitura, os gasômetros foram zerados utilizando-se o registro de descarga do biogás. A correção do volume de biogás para as condições de 1 atm e 20 °C, foi efetuada com base no trabalho de Caetano (1985). A temperatura do biogás era verificada por ocasião da leitura da produção com o uso de um termômetro digital. Testes de queima foram realizados com o auxílio de Bico de Bulsen. A análise do biogás quanto aos teores de CH4 e de dióxido de carbono (CO2) foram realizados semanalmente em cromatógrafo de fase gasosa equipado com as colunas Porapack Q, Peneira Molecular e detector de condutividade térmica. Para comparação dos dados de produção acumulada de biogás de sete dias utilizou-se o delineamento de medidas repetidas no tempo, no qual foram considerados os tratamentos na parcela principal e as semanas na parcela secundária. Para comparação de médias, utilizou-se o teste de Tukey (P<0.05). Sendo as análises estatísticas, analisadas pelo procedimento GLM do SAS (2003).

Estão apresentados na Tabela 2, os percentuais de sólidos totais (ST) e voláteis (SV), assim como as suas reduções, nos diferentes tratamentos. Os percentuais de ST para ambos os tratamentos foram calculados para obter 3 %, no entanto, quando se separa as frações sólidas de maneira heterogênea e pela diferença na eficiência da operação de separação pode-se justificar o percentual de 6 % obtido no tratamento CSFS. Por isso o tratamento SSFS obteve valores médios de 1.82 kg de ST adicionados nos afluentes, menores (P>0.05) que os valores médios do tratamento CSFS (3.66 kg de ST).

Tabela 2. Concentrações de sólidos totais e voláteis, em porcentagem e em massa e redução de sólidos voláteis (%), para os tratamentos com separação da fração sólido (CSFS) e sem separação da fração sólido (SSFS) em biodigestores batelada.

A: Afluente; E: Efluente
• Tanto nas comparações médias de afluentes e efluentes como também na de tratamentos e reduções, diferem pelo Teste de Tukey (P<0.05).

Os tratamentos CSFS e SSFS apresentaram valores de SV reduzidos (36.73 e 41.46 %) equivalentes aos encontrados por Santos (2001), ao avaliar a biodigestão anaeróbia de cama de frango (maravalha), obteve 41.27 a 41.95 % de redução nos teores de SV nas camas de 1º e 2º reutilização, respectivamente.

O potencial médio de produção de biogás durante os 63 dias, dos biodigestores abastecidos CSFS e SSFS da cama de frangos de corte, encontra-se na Tabela 3.

Em cada coluna seguida de letras minúsculas comparam tratamento, diferem pelo Teste de Tukey (P<0.05); ns: Não significativo

- C: Cama; S: Solução; STadic: Sólidos totais adicionados; SVadic: Sólidos voláteis adicionados; SVred: Sólidos voláteis reduzidos.

O tratamento CSFS, obteve duas vezes o volume de biogás produzido pelo tratamento SSFS. Este fato se justifica pela quantidade de ST utilizada no tratamento CSFS, que também foi o dobro. Por isso a produção de biogás/ kg de substrato é duas vezes maior para o tratamento CSFS. Portanto se observar a produção de biogás/kg de STadic. e SVadic., não haverá diferença (P>0.05) entre os tratamentos.

O SVred. foi menor (P>0.05) no tratamento CSFS, porque já existem reduções significativas no processo de separação de sólidos, fato este que também foi observado por Orrico Junior (2008) na separação física de dejetos de suínos. O mesmo foi observado por Aires (2009), trabalhando com diluições de 4:1 (cama:água) na separação de frações sólidas. Na comparação da produção de biogás por kg de cama ou solução (no tratamento SSFS e CSFS), ocorreram diferenças (P<0.05), obtendo o tratamento SSFS e CSFS, 0.228 e 0.043 m3 de biogás por kg de cama ou por kg de solução, respectivamente. No entanto não deve ter como parâmetro a comparação destes dois tratamentos, pois o valor do tratamento SSFS é calculado com base na matéria seca da cama, já o tratamento SSFS, com base na matéria seca da solução, o que modifica os parâmetros de comparação, justificando assim o valor (P>0.05) menor para o tratamento CSFS.

De acordo com a Tabela 4, foram verificadas diferenças (P<0.05) entre os tratamentos nas semanas 2, 3, 4, 7, 8 e 9.

Tabela 4. Produção acumulada de biogás (m3), média semanal, de biodigestores batelada contendo cama de frango de corte de 3º lote, CSFS ou SSFS.

Médias seguidas de mesma letra minúscula na linha e maiúscula na coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (P>0,05).

Nas semanas 2, 7, 8 e 9 as maiores produções (P<0.05) ocorreram nos biodigestores CSFS, enquanto nas semanas 3 e 4 as maiores produções (P<0.05) ocorreram nos biodigestores SSFS. Nas demais semanas não foram verificadas diferenças (P>0.05) entre os tratamentos. Comparando as produções semanais, observa-se que no tratamento SSFS a menor produção acumulada de biogás ocorreu na primeira semana, sendo que a partir da segunda, não foram verificadas diferenças neste tratamento. No tratamento CSFS não ocorreram diferenças (P>0.05) entre semanas.

Como pode ser verificado na Figura 1, os 63 dias de tempo de retenção hidráulica (TRH) não foram suficientes para atingir o potencial total das camas nas condições desse experimento.

Figura 1 - Volume de biogás dos tratamentos CSFS e SSFS da cama de frangos de corte de 3º lote de utilização, diluídas na proporção de 2:1 (água/cama).

Mesmo com a utilização do inóculo por ocasião dos abastecimentos dos biodigestores houve queda acentuada da produção de biogás logo no início do processo, mais evidente no tratamento SSFS, aos 15 dias de TRH. É possível que compostos inibidores da metanogênese, tais como amônia e ácidos voláteis, tenham se formado nos primeiros 15 dias do processo, resultando em menores produções de biogás. A queima do biogás do tratamento SSFS ocorreu aos 15 dias e do CSFS, aos 17 dias.

Na Tabela 5, observa-se a presença de CH4, CO2 e impurezas no biogás. Aos 14 dias de TRH o percentual de metano foi de 43.65 e 30.21% para os tratamentos SSFS e CSFS respectivamente, considerados baixos para o uso efetivo do biogás. Já aos 21 dias, o metano no biogás foi de e 78.57 e 66.63 % para os tratamentos SSFS e CSFS respectivamente, considerado adequado para queima de biogás. Em ambos os casos ocorreram diferenças maiores (P<0.05) de metano e menores (P>0.05) de CO2, para o tratamento SSFS, indicando que sua utilização como combustível poderá ser utilizada a partir da terceira semana de abastecimento.

Tabela 5. Produção média de CH4, CO2 e impurezas (%) do período de operação dos biodigestores batelada, para tratamento CSFS e SSFS.

Em cada coluna médias seguidas de letras minúsculas, diferem pelo Teste de Tukey (P<0.05). Em cada coluna médias dos tratamentos seguidas de letras maiúsculas, diferem pelo Teste de Tukey (P<0.05). * Média da coluna a partir da queima do biogás (terceira semana).

As médias de metano 84.19 e 75.76 %, e de gás carbônico 15.00 e 20.92 % dos tratamentos SSFS e CSFS, respectivamente, são considerados adequados para queima, caracterizando-os com alto poder calorífico (PC). No entanto, quanto maior a produção de metano, maior é a preocupação ambiental, visto que a emissão de carbono é potencializada. A biodigestão anaeróbia de dejetos de suínos e de bovinos de leite resulta em percentuais de 66.55 e 62.29 % de CH4, segundo Orrico Junior (2008) e Xavier (2009), respectivamente. Sendo estes valores bem abaixo do potencial de produção de metano da cama de frango de corte.

Este fato chama atenção não só para a otimização energética no sistema de criação de animais, mas também para os problemas ambientais relacionados à emissão destes gases poluentes sem a devida utilização energética, ou seja sem a transformação de CH4 para CO2 através de grupo geradores que normalmente são utilizados para geração de energia elétrica .

Por isso, quando se dimensiona um biodigestor, deve-se levar em conta não só a quantidade de dejetos produzidos, mas também a demanda energética do sistema de produção, pois quando se produz mais metano do que se utiliza, deve-se queimar (via flare) o excedente em equipamentos adequados as legislações ambientais de emissões de gases de efeito estufa. Na falta destes, teremos um aumento de 21 vezes no poder poluente emitido para atmosfera.

4 - CONCLUSÕES

A separação física por peneira estática da cama de frangos de corte potencializa o sequestro de carbono, mantendo uma produção de energia renovável (biogás) equivalente a não separação de sólidos. Enfim, permite uma maior redução de gases poluentes que causam efeito estufa, o que pode contribui para desaceleração das mudanças climáticas.

5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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