Abordagens ômicas de reatores acidogênicos sem alcalinizantes para produção de ácidos orgânicos e hidrogênio

Resumo

No conceito de biorrefinaria, em que o objetivo do tratamento de águas residuárias vai além de atender a legislação ambiental ao agregar valor aos subprodutos do processo, o emprego de reatores acidogênicos tem grande destaque pela possibilidade de recuperar produtos intermediários da digestão anaeróbia. Nos reatores acidogênicos predominam as reações fermentativas, transformando a matéria orgânica complexa dos efluentes em ácidos orgânicos, álcoois, gases hidrogênio e dióxido de carbono. Dependendo dos rendimentos desses produtos, a sua recuperação pode ser muito interessante. Além disso, vários estudos mostram que o emprego de reatores acidogênicos pode acarretar em maior eficiência dos reatores metanogênicos, alimentados com efluente já acidificado, em termos de produção de metano e qualidade do efluente. Entretanto, a aplicação de reatores acidogênicos enfrenta limitações, que devem ser superadas pelas vantagens oferecidas ao processo como um todo. Devido à constante produção de ácidos orgânicos, a alcalinização é uma prática comum, mas que impacta negativamente no balanço ambiental e econômico. Nesse sentido, em nossa pesquisa prévia, estudamos a operação de diversos reatores acidogênicos para produção de hidrogênio sem a adição de alcalinizantes, utilizando efluente sintético à base de sacarose. Resultados inéditos foram alcançados, em que se obteve rendimento e produção de H2 relativamente elevados, de forma contínua e em longo prazo, em condições extremamente ácidas (pH < 3,0). A fermentação do efluente também foi satisfatória e os principais produtos da fase líquida foram acetato e etanol. Considerando que esses resultados são promissores, mas ao mesmo tempo que ainda é necessário se investigar como isso ocorreu e como propor regras gerais sobre a acidogênese nessas condições, propõe-se no presente projeto uma análise metagenômica detalhada da microbiota de reatores acidogênicos sem alcalinização e alimentados com diferentes efluentes, mais precisamente, sacarose e vinhaça de cana-de-açúcar. De forma complementar, propõe-se a abordagem metatranscriptômica para verificação de quais genes estão sendo efetivamente expressos. Essas análises têm como principais objetivos: avaliar o potencial genômico para produção de bio-hidrogênio das comunidades microbianas estabelecidas, elucidar as rotas metabólicas de interesse e, principalmente, dar suporte científico para a otimização das condições operacionais para a obtenção dos produtos desejáveis.