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

• Processo: 18/25645-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2019
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Valeria Maia Merzel
• Beneficiário: Vera Tainá Franco Vidal Mota
• Instituição Sede: Centro Pluridisciplinar de Pesquisas Químicas, Biológicas e Agrícolas (CPQBA). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Paulínia , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 15/06246-7 - Aplicação do conceito de biorrefinaria a estações de tratamento biológico de águas residuárias: o controle da poluição ambiental aliado à recuperação de matéria e energia, AP.TEM
• Assunto(s): Concentração de íons de hidrogênio Fermentação Metagenômica Hidrogênio Metatranscriptômica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: anaeróbio | fermentação | Hidrogênio | metagenômica | metatranscriptômica | pH | Microbiologia de Processos Anaeróbios

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.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

RIBEIRO, JAQUELINE CARDOSO; MOTA, VERA TAINA; DE OLIVEIRA, VALERIA MAIA; DACANAL, GUSTAVO CESAR; ZAIAT, MARCELO. Hydrogen and organic acid production from dark fermentation of sugarcane vinasse without buffers in mesophilic and thermophilic conditions. JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, DEC 2021. (15/06246-7, 18/25645-8, 17/06940-6)

RIBEIRO, JAQUELINE CARDOSO; MOTA, VERA TAINA; DE OLIVEIRA, VALERIA MAIA; ZAIAT, MARCELO. Hydrogen and organic acid production from dark fermentation of cheese whey without buffers under mesophilic condition. Journal of Environmental Management, v. 304, FEB 15 2022. (17/06940-6, 15/06246-7, 18/25645-8)