Utilização da biomassa da leucaena leucocephala para a produção de biogás

Abstract

RESUMO: A busca por fontes renováveis de energia tem aumentado significativamente, diante dos desafios ambientais e da necessidade de redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE). Nesse contexto, a digestão anaeróbia de resíduos pode contribuir para a integração de processos para sistemas energéticos mais sustentáveis. O uso de biomassa lignocelulósica, como por exemplo, as folhas de leucena (Leucaena leucocephala), se apresenta como uma alternativa promissora para a produção de biogás, um biocombustível limpo e eficiente, unido a reutilização de resíduos e a redução de GEE. Buscando formas de produção energéticas que aliem com o meio ambiente, este estudo avaliou o potencial bioquímico de metano (BMP - Biochemical Methane Potencial) da digestão anaeróbia entre folhas de leucena, testando diferentes relações substrato/inóculo (S/I) para otimizar a produção de biogás e metano, além de analisar a eficiência e estabilidade do processo. As folhas foram coletadas, secas à temperatura ambiente, moídas e caracterizadas quanto aos teores de sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV), sólidos fixos (SF), carbono orgânico total (COT), nitrogénio total Kjeldahl (NTK) e demanda química de oxigénio (DQO). O inóculo utilizado foi oriundo de uma estação de tratamento de esgoto (ETE), previamente estabilizado e caracterizado quanto aos mesmos parâmetros, além da alcalinidade e dos ácidos orgânicos voláteis (AOV). Os ensaios de BMP foram conduzidos em sistema de batelada, utilizando frascos de 250 mL, incubados a 37 + 1°C por 34 dias. As relardes S/l avaliadas, com base no contestado de SV, foram de 1:2, 1:3 e 1:6. A produção de biogás foi monitorada diariamente por purga com seringa graduada, com correção dos volumes para condigdes normais (mLN gSV"'). A composição do biogas foi determinada com analisador portátil Drager, para quantificar metano e diéxido de carbono. Durante os experimentos, foram monitorados parâmetros indicativos da estabilidade do processo, como pH, alcalinidade, AOV, razdo AOV/Alcalinidade, remoção de SV e variardes no NTK. Os resultados indicaram que a relação S/l de 1:6 (0,17) proporcionou maior rendimento de biogás (378,64 mLN gSV™') e metano (266,89 mLNcH, gSV™'), com biodegradabilidade de 145,21%. Parâmetros como pH, alcalinidade, &ácidos orgânicos voláteis e suas razões mostraram que o processo se manteve estável durante a digestão. A remoção de sólidos voláteis variou entre 30,55% e 63,96%, e os níveis de nitrogénio total Kjeldahl apresentaram pouca alterado, indicando equilíbrio nutricional. Apesar da recalcitrância da biomassa da leucena, o estudo confirma seu potencial energético, especialmente quando combinada ao lodo de estado de tratamento de esgoto (ETE). Este trabalho contribui para o desenvolvimento de estratégias integradas de manejo de resíduos orgânicos, alinhadas a economia circular e a sustentabilidade

ABSTRACT: The search for renewable energy sources has significantly increased in response to environmental challenges and the urgent need to reduce greenhouse gas (GHG) emissions. In this context, anaerobic digestion of organic waste emerges as a promising technology for integrating processes toward more sustainable energy systems. The use of lignocellulosic biomass, such as Leucaena leucocephala leaves, represents a viable alternative for biogas production-a clean and efficient biofuel-while promoting waste reuse and GHG mitigation. Aiming to identify environmentally aligned energy production strategies, this study evaluated the biochemical methane potential (BMP) of anaerobic digestion using Leucaena leaves, testing different substrate-to-inoculum (S/I) ratios to optimize biogas and methane yields, as well as to assess the process efficiency and stability. The leaves were collected, air-dried, milled, and characterized in terms of total solids (TS), volatile solids (VS), fixed solids (FS), total organic carbon (TOC), total Kjeldahl nitrogen (TKN), and chemical oxygen demand (COD). The inoculum was sourced from a wastewater treatment plant (WWTP), previously stabilized and characterized for the same parameters, in addition to alkalinity and volatile organic acids (VOAs). BMP assays were conducted in batch mode using 250 mL reactors, incubated at 37 + 1 °C for 34 days. The tested S/I ratios, based on VS content, were 1:2, 1:3, and 1:6. Biogas production was measured daily using a graduated syringe via gas purging, with volumes normalized to standard conditions (mLN gVS™). Biogas composition, focusing on methane and carbon dioxide concentrations, was determined using a portable Drager gas analyzer. Throughout the experiments, process stability was monitored by evaluating pH, alkalinity, VOA concentration, VOA/Alkalinity ratio, VS removal, and TKN variation. The results showed that the 1:6 S/l ratio (0.17) yielded the highest biogas (378.64 mLN gVS™) and methane production (266.89 mLNCH, gVS™), with a biodegradability of 145.21%. Parameters such as pH, alkalinity, and VOA/alkalinity ratio indicated that the process remained stable during digestion. Volatile solids removal ranged from 30.55% to 63.96%, and TKN levels showed little variation, suggesting a balanced nutrient profile. Despite the recalcitrant nature of Leucaena biomass, the study confirms its energetic potential, especially when co-digested with WWTP sludge. This study contributes to the development of integrated organic waste management strategies aligned with circular economy principles and sustainability goals