Novo biorreator impresso em 3D converte metano com rendimento dez vezes superior

O metano é um gás poluente particularmente nocivo para o clima, mas também pode constituir uma poderosa fonte de energia, desde que seja valorizado de forma adequada. Um laboratório californiano demonstrou agora que essa valorização pode ser feita a baixo custo, com um mini-biorreator impresso em 3D.

Metano: um gás com elevado potencial energético

O metano (CH₄) é um gás com efeito de estufa cujo potencial de aquecimento é 84 a 87 vezes superior ao do CO₂ num período de 20 anos. Forma-se naturalmente quando a matéria orgânica se decompõe sem oxigénio, num processo anaeróbio, mas 60 % das emissões mundiais resultam de atividades humanas. Estas emissões ocorrem, por exemplo, em aterros e estações de tratamento de águas residuais, ou durante o transporte e a refinação de gás natural, petróleo e carvão.

Este desperdício é ainda mais absurdo porque o metano é um hidrocarboneto rico em energia aproveitável: o seu poder calorífico superior (PCS) ronda os 55 MJ/kg. Este valor ultrapassa o da gasolina (47 MJ/kg), do gasóleo (45 MJ/kg), do petróleo bruto (43 MJ/kg) e do carvão (30 MJ/kg). Infelizmente, a grande maioria não é recuperada, pois valorizá-la é dispendioso. Na maior parte dos casos, acaba por ser queimada em tocha e regressa à atmosfera, agravando o aquecimento global.

Os biorreatores estão entre as melhores soluções para aproveitar o metano, mas a maioria dos que são usados atualmente tem uma eficiência reduzida. O gás é injetado num reservatório cheio de líquido, sujeito a agitação vigorosa, onde bactérias metanotróficas, que se alimentam de metano, o convertem. Como o metano dificilmente se dissolve na água, o processo consome muita energia e raramente é rentável.

Investigadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), na Califórnia, apresentam uma abordagem radicalmente diferente num estudo publicado a 22 de julho na revista Scientific Reports. A equipa criou um biorreator de estado sólido com um rendimento dez vezes superior ao dos biorreatores convencionais.

Conversão do metano sem desperdício

«Em vez de termos um grande reservatório cheio de um “caldo” no qual se injeta gás, produzimos estas estruturas muito finas, a que chamamos suportes», explica Nathan Ellebracht, investigador do LLNL e coautor do estudo. [Nota da redação: fotografia no início do artigo.] As bactérias metanotróficas são encapsuladas num hidrogel e depositadas sobre esses suportes, cujas paredes muito porosas oferecem uma elevada superfície de contacto.

O metano atravessa os suportes em estado gasoso, entra nas paredes porosas e chega às bactérias retidas no hidrogel sem passar por uma fase líquida. Ao eliminar a etapa de dissolução, o processo evita as perdas de energia associadas à agitação e multiplica o rendimento por dez.

O gás é assim convertido em succinato, um sal derivado do ácido succínico. Este é utilizado no fabrico de polímeros, na estabilização de certos princípios ativos de medicamentos e na indústria agroalimentar.

Um protótipo de biorreator ainda por ampliar

Por enquanto, o biorreator continua a ser um protótipo com apenas um litro de volume, muito mais pequeno do que os biorreatores industriais, que por vezes agitam várias centenas de milhares de litros. Esta é, contudo, uma etapa necessária para validar o funcionamento à pequena escala e, eventualmente, desenvolver versões maiores no futuro.

Em teoria, o interesse deste dispositivo para limitar os efeitos do metano no clima é inegável, uma vez que retira o gás do ciclo atmosférico ao transformá-lo num produto aproveitável. Ainda assim, não foi essa a motivação do estudo, como explica Ellebracht: «Nas pequenas instalações, como aterros ou estações de tratamento de águas residuais, não existe uma solução química viável a esta escala», reconhece. «A nossa abordagem poderá permitir-lhes extrair valor de um gás que atualmente desperdiçam.»

A equipa trabalha agora para aumentar as dimensões do biorreator e aplicar o mesmo conceito a outros bioprocessos, nomeadamente à fermentação aeróbia do açúcar, que enfrentam problemas semelhantes aos da conversão do metano. Estes trabalhos prolongar-se-ão certamente por muitos anos antes de apresentarem resultados, e a sua viabilidade em grande escala ainda terá de ser demonstrada.