Integrated Solar-Assisted Pretreatment, Natural Buffering, and Wood Ash Alkaline Processing for Sustainable Bioethanol Production from Banana Peel and Onion Peel

O mundo está à procura de formas de se alimentar sem queimar os restos antigos e enterrados de plantas que chamamos de combustíveis fósseis. Um caminho promissor envolve transformar as partes fibrosas e resistentes das plantas — como os talos do milho ou as cascas de frutas — em combustível líquido. Este processo é complexo porque as células das plantas são construídas como castelos fortificados, com paredes feitas de fibras fortes que são difíceis de abrir. Para obter os açúcares presos dentro destas paredes, os cientistas devem primeiro suavizar a estrutura, um passo conhecido como pré-tratamento. Tradicionalmente, isto exigiu grandes quantidades de água quente, produtos químicos caros e uma energia significativa, tornando o combustível final dispendioso de produzir. Os investigadores estão agora a fazer uma pergunta simples, mas profunda: podemos usar os resíduos do próprio processo agrícola, juntamente com a energia gratuita do sol, para realizar o trabalho pesado?

Num estudo recente, uma equipa de cientistas no Sri Lanka explorou esta possibilidade ao transformar dois resíduos de cozinha comuns — cascas de banana e cascas de cebola — em bioetanol, um tipo de álcool usado como combustível. Em vez de comprar produtos químicos caros para decompor as cascas de banana, utilizaram uma solução feita de cinza de madeira, o resíduo deixado após a queima da madeira. Para suavizar as cascas antes do tratamento químico, não utilizaram aquecedores elétricos; em vez disso, colocaram a mistura em bandejas pretas sob o sol, deixando o calor solar fazer o trabalho. Para a etapa seguinte, onde as fibras resistentes são convertidas em açúcar, evitaram tampões sintéticos e ajustes de acidez usando um extrato feito de cascas de cebola, que contém naturalmente o equilíbrio de ácidos necessário para guiar o processo. Os investigadores combinaram estes materiais derivados de resíduos com um tipo específico de levedura para fermentar os açúcares em álcool, criando um sistema que depende quase inteiramente de recursos encontrados na própria quinta ou na cozinha.

A equipa começou por recolher cascas de banana maduras e cascas de cebola de mercados locais, lavando-as e secando-as ao sol até ficarem quebradiças. Moeram este material seco num pó fino. A primeira grande etapa envolveu tratar as cascas de banana com água quente para remover uma substância pegajosa chamada pectina, que atua como uma cola a manter as fibras vegetais unidas. Para aquecer a água, encheram bandejas pretas com a mistura e deixaram-nas sob luz solar direta durante três horas. As bandejas escuras absorveram os raios do sol, aquecendo o líquido para uma temperatura entre sessenta e cinco e setenta graus Celsius sem usar eletricidade. Este aquecimento solar suavizou com sucesso a estrutura da planta, facilitando o acesso aos açúcares no seu interior.

Em seguida, os investigadores precisavam de decompor as camadas exteriores duras da planta, conhecidas como lignina, para libertar as fibras de celulose. Numa fábrica padrão, este passo envolveria verter produtos químicos fortes e comprados, como o hidróxido de sódio, sobre a biomassa. Aqui, a equipa utilizou um líquido feito pela imersão de cinza de madeira em água. A cinza de madeira é rica em potássio e carbonato, que criam uma solução alcalina naturalmente forte. Eles misturaram este líquido de cinza de madeira com as cascas de banana aquecidas pelo sol e colocaram as bandejas novamente ao sol durante quatro horas. O calor do sol ajudou a solução de cinza de madeira a penetrar nas fibras vegetais, perturbando a estrutura resistente e preparando-a para a fase seguinte. Crucialmente, a equipa não lavou as cascas após este tratamento. Nos métodos convencionais, a lavagem é necessária para remover os produtos químicos agressivos, mas este processo lavaria os açúcares e minerais valiosos. Ao saltar a lavagem, mantiveram os nutrientes benéficos, como o potássio, que são essenciais para que a levedura prospere mais tarde.

Com as cascas de banana suavizadas e as cascas de cebola preparadas, os investigadores recorreram às cascas de cebola para gerir a acidez da mistura. Após o tratamento com cinza de madeira, a mistura estava demasiado alcalina para as enzimas necessárias para converter as fibras em açúcar. Em vez de adicionarem um ácido forte como o ácido sulfúrico para baixar o pH, adicionaram um extrato feito das cascas de cebola. Este extrato continha ácidos orgânicos naturais que trouxeram suavemente a mistura para um nível neutro adequado para as enzimas. O extrato de cebola também atuou como um tampão, ajudando a manter o pH estável durante o processo, e forneceu nutrientes adicionais que a levedura necessitaria.

A etapa final envolveu um processo de fermentação de dois passos. Primeiro, a equipa adicionou uma enzima chamada celulase à mistura para quebrar as fibras vegetais em açúcares simples. Este passo, conhecido como pré-sacarificação, ocorreu a cinquenta graus Celsius durante doze horas. Uma vez libertados os açúcares, a mistura foi arrefecida e a levedura foi adicionada para consumir os açúcares e produzir álcool. Esta fermentação ocorreu simultaneamente com a conversão de açúcar restante, um método que acelera a produção. A equipa ajustou cuidadosamente a quantidade de levedura, a velocidade de agitação e a temperatura para encontrar as condições perfeitas. Descobriram que agitar a mistura a cento e cinquenta rotações por minuto e manter a temperatura a trinta e dois graus Celsius produzia os melhores resultados.

Os resultados desta abordagem integrada foram impressionantes. Ao combinar o aquecimento solar, a cinza de madeira e o extrato de casca de cebola, os investigadores aumentaram a quantidade de açúcar que conseguem extrair das cascas de banana em quase duzentos por cento em comparação com as cascas não tratadas. Sob as condições otimizadas, produziram uma concentração final de etanol de quarenta e um vírgula cinco gramas por litro. Este é um rendimento superior ao de muitos estudos anteriores que utilizaram produtos químicos mais caros e métodos que consomem muita energia. A equipa também verificou a qualidade do combustível final. Constataram que o álcool era muito puro, com níveis extremamente baixos de metanol, um subproduto tóxico frequentemente encontrado na fermentação, e quantidades insignificantes de metais pesados como chumbo e cádmio. A análise espectroscópica confirmou que o componente principal era de facto o etanol, com pouquíssimas impurezas indesejadas.

Este estudo demonstra que os resíduos agrícolas podem servir um duplo propósito: podem ser a matéria-prima para o combustível e também fornecer as ferramentas necessárias para processar esse combustível. Ao utilizar cinza de madeira em vez de álcalis comerciais, cascas de cebola em vez de tampões sintéticos e o sol em vez de aquecedores elétricos, os investigadores criaram um sistema que utiliza muito menos água, energia e dinheiro. Eles mostraram que é possível saltar a etapa de lavagem que normalmente desperdiça água e açúcar, e que os minerais deixados para trás nas cascas realmente ajudam a levedura a trabalhar melhor. Embora este trabalho tenha sido realizado numa pequena escala de laboratório, oferece um modelo prático para uma forma mais sustentável de produzir biocombustível. Sugere que o futuro da energia renovável pode não depender de maquinaria industrial complexa, mas sim do uso inteligente e eficiente dos recursos que já possuímos.