Bioconversão: processos agrícolas sustentáveis

Entidade: Unisc
Cidade/Região: Santa Cruz / Região dos Vales
Proa/Programa: 23/25000000/781-6 / Inova
Coordenador: Adriane Lawisch Rodriguez
Vigência: 2023-2025

Objetivo Geral: Utilização de processos de bioconversão prevendo-se a transformação de resíduos orgânicos em novos produtos como biogás, biochar e biofertilizante, investigando opções e possibilidades de interligação destes processos para o aproveitamento máximo dos resíduos agrícolas, a fim de contribuir com a redução da emissão de carbono e o impacto ambiental associado a cadeia produtiva agroindustrial.

Sumário: O processo de modificar certos compostos através de reações simples e bem definidas quimicamente, catalisadas por micro-organismos, insetos ou por enzimas isoladas é, nos dias de hoje, denominado “biotransformação” ou “bioconversão”. Assim, a bioconversão subentende os processos que utilizam enzimas isoladas, micro-organismos, insetos ou células de plantas para converter uma molécula precursora, em geral um xenobiótico, em um produto de alto valor agregado. A diferença essencial entre fermentação e biotransformação é que a fermentação ocorre a partir de fontes de nutrientes e de energia e envolve inúmeras etapas catalíticas entre o substrato e o produto gerado, enquanto há apenas um ou poucos passos reacionais em uma biotransformação.
O uso de processos de bioconversão é atualmente considerado uma vantagem que impacta diretamente a competitividade industrial devido aos seus benefícios econômicos, já que incluem menores custos de processo, maior qualidade do produto final e obtenção de produtos inteiramente novos, em comparação aos processos sintéticos. Adicionalmente, os processos com base em biotransformação têm sido considerados pela sua contribuição na implementação dos chamados processos verdes, que se destacam por resultarem em ganhos evidentes, como menor consumo de energia e preservação ambiental.
BIOCONVERSÃO COM BSF: BIOFERTILIZANTE (FRASS)
A bioconversão entomológica tem sido relatada como uma solução sustentável e economicamente viável na redução dos resíduos agroindustriais. Trata-se de uma nova abordagem que pode converter eficazmente várias toneladas de resíduos em produtos de valor agregado, incluindo alimentos para a alimentação humana e animal, fertilizantes e outros compostos industriais secundários. Os insetos convertem de forma eficiente os resíduos orgânicos e biomassas em novos produtos, os quais possuem vantagens, tais como, menor utilização de recursos em relação a outros processos produtivos de proteínas e gorduras e econômicas com a venda de produtos derivados de insetos.
Ao considerarmos que a alimentação natural de milhares de espécies de insetos inclui materiais orgânicos, é lógico inferir que este processo pode ser utilizado no tratamento de resíduos orgânicos gerados pela agroindústria, principalmente na área de alimentos. Insetos naturalmente consomem esses resíduos, incorporam os nutrientes em sua biomassa e consequentemente reduzem o volume inicial de material orgânico disposto.
Os principais benefícios da gestão de resíduos a partir da bioconversão entomológica são:
- Redução da biomassa destes materiais, os quais têm como destino final aterros sanitários ou a disposição incorreta no ambiente natural; e
- Possibilidade de produzir produtos de valor agregado para comercialização (fertilizantes, proteínas, lipídios e bioinsumos).
A partir do século XX, comprovou-se que o uso excessivo de fertilizantes minerais é prejudicial à qualidade do solo, ao acúmulo de matéria orgânica, aos organismos benéficos do solo, ao crescimento das plantas e à saúde humana (Bhatt et al., 2019; Boudabbous et al, 2023). Além disso, o curto efeito residual e o elevado custo dos fertilizantes químicos levaram a problemas adicionais para o setor agroindustrial e seus participes. Para mitigar estes efeitos negativos, recomendam-se estratégias de gestão ecológica, como a utilização de fertilizantes orgânicos, para alcançar resultados de múltiplos benefícios, como o aumento da produção agrícola de alimentos com o mínimo de impactos ambientais associados. Os fertilizantes orgânicos em geral são subprodutos da conversão de matéria orgânica através do emprego de vários agentes conversores, entre eles, os insetos (Ndambi et al. 2019; Boudabbous et al., 2023). Alguns entraves podem ser relatados em razão principalmente a disponibilidade limitada de resíduos orgânicos para o desenvolvimento de produtos de bioconversão entomológica como resultado de outros usos concorrentes, entre eles, a utilização como fontes de alimentação animal.
Hermetiaillucens L. (Diptera: Stratiomyidae), também conhecida como Black Soldier Fly (BSF), vive ao ar livre e é frequentemente associada à pecuária). O processamento de resíduos orgânicos usando larvas da Black Soldier Fly (BSFL), é um conceito relativamente novo que atualmente tem atraído interesse de diversos pesquisadores. A utilização das larvas, fornecem uma nova visão nas áreas de práticas sustentáveis de gestão de resíduos, pois seu uso pode superar o resto das tecnologias convencionais atuais, como vermicompostagem e decomposição bacteriana, em termos de custo-efetividade, baixas pegadas ecológicas e alto potencial econômico.
Os produtos da bioconversão de resíduos orgânicos promovido por larvas de BSF são: proteína e gordura de alto valor agregado (larvas em fase de pré-pupa); e o frass (Fertilizante orgânico). Portanto, as larvas de BSF podem ser utilizadas como ração animal, humana, para produção de biodiesel e produção de compostos orgânicos para uso em fertilização de solos no desenvolvimento de plantas e hortaliças. O uso de frass de BSFL como composto orgânico ainda é uma abordagem nova.
De forma geral o frass utilizado como fertilizante orgânico afeta o equilíbrio entre a absorção de nutrientes pelas plantas e a retenção de nutrientes no solo, aspectos essenciais para o crescimento das plantas. Ainda, alguns trabalhos (Debode et al. 2016; Quilliam et al. 2020) mostraram que o alto teor de quitina do composto orgânico gerado por BSFL poderia contribuir para efeitos benéficos no crescimento e desempenho das plantas, melhorar a qualidade do solo, levando à criação de condições favoráveis para a produção agrícola. Ainda, o processo de bioconversão BSFL aumenta o pH do substrato e deixa um resíduo alcalino, tornando o substrato adequado para uso como fertilizante; a faixa ideal de pH de 7 a 8 estimula o crescimento das plantas e fornece um ambiente favorável para nutrir populações de bactérias benéficas no resíduo.

Resultados Esperados:
- Processamento de diferentes resíduos, oriundos da bioconversão entomológica, através da biodigestão anaeróbia, analisando o potencial de produção de biogás e metano, bem como, verificar a viabilidade econômica dos processos e dos produtos gerados;
- Teste do digestato da biodigestão anaeróbia, verificando as possibilidades de uso deste produto para a criação de BSF, analisando a eficácia do processo da bioconversão com BSF, a taxa de bioconversão e qualidade do biofertilizante produzido;
- Avaliação da produção de biochar a partir de resíduos da bioconversão entomológica de resíduos e digestato da biodigestão anaeróbia (resíduos da produção de biogás);
- Realização de levantamento dos dados da melhor produção de biogás e da melhor produção de biochar para a avaliação de processos e produtos com através da análise com software SimaPro;
- Realização de atividades de difusão do conhecimento sobre os processos de bioconversão junto às cadeias agrícolas e empresas da região, fornecendo subsídios necessários para a implantação destes insumos, proporcionando uma produtividade sustentável e economicamente viável.