A cada ano, humanos em todo o mundo produzem bilhões de toneladas de resíduos sólidos. Cerca de 70% desse lixo acaba sendo depositado em aterros sanitários, onde se decompõe lentamente. No entanto, o que pode parecer um acúmulo inerte de detritos inúteis é, na realidade, um ecossistema complexo, repleto de atividade microbiana. Vastas comunidades de microrganismos se alimentam dos resíduos, convertendo-os em subprodutos – principalmente dióxido de carbono (CO 2 ) e metano.
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Enquanto a maior parte do metano de aterros sanitários é capturado e queimado, os pesquisadores esperam fazer uso desse recurso, que pode ser convertido em combustíveis, eletricidade ou usado para aquecimento de casas .
Em um novo estudo publicado na revista Applied and Environmental Microbiology, o autor principal Mark Reynolds, juntamente com seus colegas da Universidade Estadual do Arizona e da Indústria, exploram essas comunidades microbianas que florescem em lixiviado, um líquido que percola através de resíduos sólidos em um aterro sanitário. Eles descobriram que a composição e o comportamento de micróbios específicos encontrados em aterros áridos, como os do Arizona, são distintos de comunidades semelhantes em climas mais subtropicais ou temperados. A composição microbiana também difere dependendo da idade dos depósitos do aterro.
O projeto foi realizado no Salt River Landfill localizado em Scottsdale, próximo ao campus Tempe da ASU. A unidade recebe diariamente cerca de 1.600 toneladas de resíduos sólidos urbanos.
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Resíduos sólidos: uma divisão
O estudo explora a composição microbiana em nível de ecossistema em lixiviados. Diversas condições ambientais aparentemente afetam os nichos microbianos que são compartimentados nos 143 acres do aterro.
"Penso em um aterro sanitário como um grande bufê de carbono para esses microrganismos", diz Reynolds, pesquisador do Centro Biodesign Swette de Biotecnologia Ambiental. "Nosso lixo é principalmente pesado em papel e é realmente rico em celulose e hemicelulose. Estes são facilmente degradáveis em condições anaeróbicas (sem oxigênio)".
A captura e o uso de gases produzidos em aterros podem ajudar a reduzir os riscos associados às emissões de aterros sanitários e evitar que o metano escape para a atmosfera. Além disso, projetos de energia associados à captura e processamento de gás de aterro podem gerar receita e criar empregos na comunidade.
Ao entender melhor o comportamento desses microrganismos produtores de metano, os pesquisadores esperam melhorar a captura desse recurso vital e possivelmente limitar a fuga de metano e CO 2 -- dois potentes gases de efeito estufa e principais contribuintes para as mudanças climáticas -- na atmosfera.
"Estamos mergulhando na teoria ecológica para tentar chegar à fonte do que pode estar impulsionando os padrões organizacionais dos organismos produtores de metano", diz Reynolds. A análise multifacetada do estudo indica que a temperatura e os sólidos dissolvidos são os dois principais parâmetros que governam sua abundância e diversificação. Esta é uma boa notícia, porque esses dados são capturados rotineiramente em aterros sanitários geralmente mensalmente e podem fornecer diagnósticos precisos – indicadores reveladores de amplas tendências na produção geral de metano.
Do lixo ao combustível
Os aterros municipais de resíduos sólidos foram responsáveis por mais de 15% das emissões de metano em 2019, representando a terceira maior fonte de emissões globais de metano. Como observa o estudo, as emissões de metano de aterros sanitários equivalem ao equivalente a um bilhão de toneladas de CO 2, ou aproximadamente as emissões de efeito estufa produzidas por quase 22 milhões de carros dirigidos por um ano.
Normalmente, a maior parte do metano liberado por microorganismos em um aterro sanitário é capturado como biogás e posteriormente queimado, convertendo-o em CO 2. Embora este método limite os efeitos prejudiciais ao clima do próprio metano, é uma solução inadequada e de curto prazo para o problema da emissão de gases com efeito de estufa dos aterros.
Além de seu efeito adverso sobre o clima, o metano perdido representa uma oportunidade perdida de capturar esse valioso recurso. O estudo estima que aproximadamente um quinto dos aterros sanitários do país seriam adequados para tal captura e processamento, se os obstáculos econômicos e outros puderem ser superados.
Atualmente, os microrganismos que degradam os resíduos sólidos urbanos geram gás de aterro composto por aproximadamente 50% de metano e 50% de CO 2 . Ao entender o funcionamento sutil desses microorganismos - particularmente, Archaea metanogênico , que são os verdadeiros burros de carga no ciclo de produção de metano - os pesquisadores esperam aumentar a produção de metano.
O metano aumentado pode ser colhido e usado para criar eletricidade, combustíveis neutros em carbono ou para aquecer residências. A última opção é particularmente atraente, pois nenhum processamento adicional do metano seria necessário. Alternativamente, a modificação das comunidades microbianas poderia ser usada para limitar a produção de metano, onde a mitigação é desejada.
Em busca de archaea
Os aterros sanitários fornecem um cenário ideal para o estudo detalhado de Archaea , que são notoriamente desafiadores para a cultura em laboratório. Aproximadamente 80% da diversidade de archaea permanece em grande parte inexplorada. "Nossos laboratórios estão realmente interessados nos metanógenos porque o mesmo metabolismo que eles encenam nas zonas úmidas, que os tornam a maior fonte de metano, ou em vez do trato gastrointestinal humano, eles encenam nos aterros sanitários", diz Reynolds.
Como os metanogênicos são organismos unicelulares primitivos, eles também podem fazer uso de plantas, alimentos ou produtos de papel. Embora o estudo tenha encontrado concentrações semelhantes de metano em seu aterro árido em comparação com outros aterros, diferentes comunidades de metanogênios estão fazendo o trabalho pesado. O estudo demonstra que o comportamento microbiano também é dependente da idade dos resíduos sólidos depositados. Os resíduos mais jovens têm uma temperatura mais elevada em comparação com os resíduos mais velhos e degradam-se de acordo com os diferentes regimes. A aridez também mostrou afetar muito a decomposição de resíduos sólidos ao longo do tempo.
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“Há uma reestruturação ou reorganização desses micróbios climáticos áridos em aterros sanitários”, diz Reynolds. Investigações futuras serão destinadas a esclarecer as distinções nessas comunidades em relação às suas contrapartes temperadas e úmidas.
Mais pesquisas explorarão as comunidades microbianas de aterros sanitários com mais detalhes, bem como o uso de bioestimulantes ou outras técnicas que podem ser usadas para modificar a produção de metano.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Arizona State University .
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