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Type: Dissertação
Title: Produção de hidrogênio e metano a partir do POME: avaliação de parâmetros e aumento de escala
Author(s)/Inventor(s): Monteiro, Alvaro Ferreira
Advisor: Ferreira-Leitão, Viridiana Santana
Co-advisor: Faber, Mariana de Oliveira
Co-advisor: Freire, Denise Maria Guimarães
Abstract: No Brasil, estima-se a geração anual de cerca de 1,8 milhão de toneladas de POME (palm oil mill effluent), efluente complexo produzido em grandes volumes na indústria de óleo de palma. Devido ao seu alto teor de matéria orgânica, apresenta elevado potencial para conversão em bioenergia, especialmente na forma de hidrogênio (H2) e metano (CH4), configurando-se como alternativa sustentável para mitigação de impactos ambientais. Esta dissertação teve como objetivo avaliar a produção biológica de H2 e CH4 a partir de POME, investigando parâmetros operacionais e aumento do volume do reator. Na etapa de produção de H2, avaliou-se o efeito do pré-tratamento térmico do lodo anaeróbio e a influência da microbiota nativa do POME. O pré-tratamento do lodo mostrou-se essencial para maximizar a produção de H₂, ao inibir consumidores deste gás e selecionar populações mais eficientes. Embora a microbiota do POME também produza H2, sua presença não influenciou significativamente, indicando que a esterilização do POME é desnecessária. Os melhores resultados de produção de H2 foram obtidos após 44 horas de fermentação a 35 °C, com carga orgânica inicial de 40 gDQO/L e alívio de pressão ao longo do processo, a saber, produção específica de 1401 N-mL/L, rendimento de 36 NmL/ L·gDQO e produtividade de 32 N-mL/L·h. Além disso, os ensaios em diferentes volumes de reator (300, 600, 1100 e 7000 mL) tiveram desempenhos comparáveis, observando-se relação linear entre o volume do reator e o volume total de H2 produzido, o que evidencia a robustez do processo e sua viabilidade para maiores escalas. Para a produção de CH4, foram comparadas a digestão anaeróbia direta (a partir do POME) e a digestão sequencial (a partir do efluente da produção de H2). Esta apresentou desempenho superior, atingindo produção específica de 3873 N-mL/L em 35 dias, valor 27% superior ao obtido com a digestão direta em 63 dias. Adicionalmente, o potencial energético global do processo sequencial foi 62% maior, confirmando as vantagens da separação das etapas para um melhor aproveitamento energético do POME. Embora estudos adicionais em escalas mais próximas às industriais ainda sejam necessários, os resultados obtidos demonstram a viabilidade técnica da produção integrada de H2 e CH4 a partir de POME. A abordagem proposta configura-se como alternativa promissora para a valorização deste efluente, contribuindo para a diversificação da matriz energética e para o desenvolvimento de soluções mais sustentáveis no setor agroindustrial.
Abstract: In Brazil, it is estimated that approximately 1.8 million tons of POME (palm oil mill effluent) are generated annually. This complex effluent is produced in large volumes by the palm oil industry and, due to its high organic matter content, presents significant potential for conversion into bioenergy, particularly in the form of hydrogen (H2) and methane (CH4), thus representing a sustainable alternative for mitigating environmental impacts. This dissertation aimed to evaluate the biological production of H2 and CH4 from POME by assessing operational parameters and larger volume reactors. In the H2 production stage, the effect of thermal pretreatment of anaerobic sludge and the influence of the native microbiota of POME were evaluated. Sludge pretreatment proved essential to maximize H2 production by inhibiting hydrogen-consuming microorganisms and selecting more efficient fermentative populations. Although the microbiota naturally present in POME was also capable of producing H2, its presence did not significantly influence the system’s performance, indicating that POME sterilization is unnecessary. The best H2 production results were obtained after 44 hours of fermentation at 35 °C, with an initial organic load of 40 gCOD/L and pressure release throughout the process, achieving a specific production of 1401 N-mL/L, a yield of 36 N-mL/L·gCOD, and a productivity of 32 N-mL/L·h. Furthermore, experiments conducted at different reactor volumes (300, 600, 1100, and 7000 mL) showed comparable performance, with a linear relationship observed between reactor volume and total H2 production, demonstrating process robustness and scalability potential. For CH4 production, direct anaerobic digestion (from POME) and sequential digestion (from the effluent of the H2 production stage) were compared. The sequential approach showed superior performance, reaching a specific production of 3873 N-mL/L in 35 days, which was 27% higher than that obtained through direct digestion after 63 days. Additionally, the overall energy potential of the sequential process was 62% greater, confirming the advantages of phase separation for improved energy recovery from POME. Although further studies at near-industrial scales are still required, the results demonstrate the technical feasibility of integrated H2 and CH4 production from POME. The proposed approach represents a promising alternative for valorizing this effluent, contributing to energy matrix diversification and the development of more sustainable solutions in the agro-industrial sector.
Keywords: POME
Hidrogênio
Metano
Fermentação
Digestão anaeróbia
Hydrogen
Methane
Fermentation
Anaerobic digestion
Palm oil mill effluent
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Bioquímica
Production unit: Instituto de Química
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 2026
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: MONTEIRO, Alvaro Ferreira. Produção de hidrogênio e metano a partir do POME:: avaliação de parâmetros e aumento de escala. 2026. 104 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2026.
Appears in Collections:Bioquímica

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