Efeito do furfural sobre a produção de biogás e biometano na presença de xilose

Abstract

A transição energética exige alternativas sustentáveis aos combustíveis fósseis, e a integração das biorrefinarias de primeira e segunda geração (1G e 2G) de cana-de-açúcar representa uma solução promissora para ampliar a matriz renovável no Brasil. Um dos principais desafios da produção de etanol 2G (E2G) é o aproveitamento do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana (HHBC), rico em açúcares fermentáveis como a xilose (Xil), mas também contendo compostos inibitórios como o furfural (FF). Este estudo avaliou o efeito do FF, um subproduto considerado inibidor comum em hidrolisados hemicelulósicos, sobre a DA e a produção de biogás e biológico metano (BioCH₄). Os ensaios avaliaram quatro concentrações de FF (0,6; 1,2; 2,6 e 3,6 g.L-1) individualmente e na presença de Xil (5 g.L-1) durante um período de 85 dias. Foram avaliados o rendimento de biogás e BioCH4, o consumo da Xil e conversão do FF. Os resultados demonstraram que, em concentrações controladas (≤2,6 g·L⁻¹), o FF não apenas foi parcialmente metabolizado por consórcios microbianos, mas também exerceu efeito sinérgico significativo quando associado à xilose, promovendo um aumento de até 2,34 vezes na produção de BioCH₄ em relação ao esperado. O maior rendimento registrado foi de 2.898,11 NmL·gSV⁻¹ de BioCH₄, superando todos os controles. A cinética modelada via Gompertz modificado indicou taxas máximas de produção superiores a 68,50 NmL·gSV⁻¹·dia⁻¹, e a estimativa do CI50 estabeleceu o limite de tolerância microbiana em 3,4 g·L⁻¹ de FF. Em concentrações mais elevadas (3,6 g·L⁻¹), observou-se inibição completa da metanogênese, demonstrando toxicidade crítica do FF. Além disso, a presença de xilose acelerou a degradação do FF e redirecionou sua conversão majoritariamente para ácido furóico (AF), em detrimento do álcool furfurílico (AFo), sinalizando modulação metabólica induzida pelo substrato. A análise dos ácidos graxos voláteis confirmou a ativação de vias fermentativas distintas e mais eficientes nos ensaios combinados. O estudo reforça o potencial do FF como cosubstrato em bioprocessos e destaca a importância de estratégias de adaptação microbiana e controle preciso de concentração para maximizar a produção de Biogás e BioCH₄ em biorrefinarias de 2G.