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Vinhaça da cana-de-açúcar: fluxos de gases de efeito estufa e comunidades de archaea presente no sedimento do canal de distribuição Universidade de São Paulo Bruna Gonçalves de Oliveira Aplicação de Vinhaça UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL Oradores: Marcos Eduardo da Silva Ferreira 23866 Rafael Gomes Dias 23869 Victor Liuti Belinski de Holanda 23871 Professor: Prof. Dr. Laércio Alves de Carvalho INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO O principal destino do cultivo de cana-de-açúcar é a produção de açúcar (sacarose) e etanol O estado de São Paulo possui a maior produtividade agrícola e industrial INTRODUÇÃO Uso de fontes de energia renovável Mitigação da emissão de GEE e redução do aquecimento global Quantificar as emissões de GEE durante o processo de produção do etanol INTRODUÇÃO A vinhaça é um dos principais resíduos da indústria sucroenergética São gerados em média 13 litros de vinhaça para cada litro de etanol INTRODUÇÃO A vinhaça pode ser importante fonte de GEE para atmosfera Apresenta consideráveis quantidades de carbono (C) e nitrogênio (N) em sua composição Emissões de CO2, N2O e CH4 Emissão de CH4 devido as condições de anaerobiose do meio INTRODUÇÃO O que são gases do efeito estufa? São aqueles gases que possuem a capacidade de absorver radiação infravermelha, aquecer-se e transmitir o calor à atmosfera INTRODUÇÃO Efeito estufa é causado, principalmente, pelas emissões de CO2, CH4, N2O, clorofluorcarbonetos e vapor d’água INTRODUÇÃO CO2 é o GEE que mais contribui para o efeito estufa (55% do total) Metano possui potencial de aquecimento global (PAG) 25 vezes maior que o CO2 N2O PAG em torno de 298 maior que o CO2 CFCs PAG de 6.200 a 7.100 maior que o CO2 INTRODUÇÃO Apesar de o setor agrícola ser uma importante fonte de GEE para a atmosfera, este setor pode se comportar como dreno de GEE dependendo das práticas de manejo aplicadas INTRODUÇÃO Fluxos de CO2 O armazenamento de CO2 e C no globo terrestre é dividido principalmente em cinco compartimentos: Oceânico Geológico Pedológico (solo) Biótico (biomassa animal e vegetal) INTRODUÇÃO Fluxos de N2O As emissões de N2O dividem-se em naturais e antrópicas Fontes naturais: Os processos naturais que ocorrem em solos e oceanos 2/3 das emissões naturais originam-se através de dois processos biológicos Nitrificação e denitrificação INTRODUÇÃO Fluxos de N2O O restante (1/3) provém da degradação microbiana nos oceanos Nitrificação: Oxidação aeróbica de amônio (NH4+) a nitrato (NO3-) realizado por bactérias quimioautotróficas Denitrificação: Processo de oxidação do NO3- até N2 mediado por bactérias facultativas INTRODUÇÃO Fluxos de CH4 Em torno de 70 a 80% do CH4 presente na atmosfera é originado de fontes biológicas através da oxidação da matéria orgânica C6H12O6 3CO2 + 3CH4 INTRODUÇÃO Fluxos de CH4 INTRODUÇÃO Vinhaça Principal resíduo da indústria sucroenergética A vinhaça é um líquido com carga orgânica bastante elevada e rica em nutrientes, sobretudo, (K) INTRODUÇÃO Vinhaça Substituir em grande parte os nutrientes fornecidos na adubação mineral Fornecer água as culturas nos períodos de seca OBJETIVO Avaliar as taxas de emissão dos principais GEE emitidos pela vinhaça presente no canal de distribuição e após sua aplicação no solo MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS E MÉTODOS A área de estudo pertence à Usina Iracema e está localizada no município de Iracemápolis, na região sudeste do estado de São Paulo. Clima subtropical úmido com estiagem no inverno e temperatura média entre 18 e 22°C MATERIAIS E MÉTODOS Mapa do Brasil com destaque para o Estado de São Paulo e a localização da área de estudo MATERIAIS E MÉTODOS Para a determinação dos fluxos de GEE, foram estabelecidos estudos ao longo do canal de distribuição e após sua aplicação no solo em fertirrigação Foi realizado um estudo visando caracterizar a presença de archaeas metanogênicas presente no canal MATERIAIS E MÉTODOS Descrição dos canais condutores de vinhaça 8.000 metros de extensão Ramos secundários que servem como canais de segurança Sulco feito com retroescavadeira (largura 2,5 m e profundidade de 1 m) onde é depositada a vinhaça após ser bombeada fora da indústria MATERIAIS E MÉTODOS Descrição dos canais condutores de vinhaça Os primeiros 1.000 metros são revestidos com cimento, enquanto o restante encontra-se em contato direto com o solo A emissão de GEE foi realizada em seis pontos distribuídos ao longo do canal principal MATERIAIS E MÉTODOS Plataformas de madeira sobre o canal de distribuição de vinhaça para realização das amostragens MATERIAIS E MÉTODOS Caracterização da vinhaça nos canais condutores A caracterização físico-química da vinhaça foi realizada na mesma época de coleta dos GEE Foram realizadas análises de DQO, DBO, potencial redox, teor de N, C, K e condutividade elétrica MATERIAIS E MÉTODOS Amostragens de GEE proveniente da vinhaça no canal de distribuição Esquema ilustrando o canal de distribuição da vinhaça da Usina Iracema e a localização dos seis pontos de amostragem de GEE MATERIAIS E MÉTODOS Ponto de coleta de GEE na parte revestida do canal condutor de vinhaça MATERIAIS E MÉTODOS As amostragens foram realizadas em junho e julho de 2010, representando o período intermediário de safra Em cada ponto de amostragem, foram utilizadas três câmaras estáticas flutuantes para coleta dos GEE MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS E MÉTODOS Descrição da área de estudo O experimento para avaliação dos fluxos de GEE oriundos da aplicação de vinhaça no solo foi realizado em julho de 2009 Cana de açúcar da variedade RB 855156 A área possui solo do tipo Latossolo Vermelho Distrófico MATERIAIS E MÉTODOS Apresenta dois tipos de manejo: Colheita manual com queima previa da palhada e colheita mecanizada A cana foi plantada em 2007 e estava no segundo ciclo de produção Adubação: 390 Kg ha-1 de NPK (12-00-36), 20 Mg há-1 de torta de filtro e 200 m3 há-1 de vinhaça MATERIAIS E MÉTODOS Cana queimada com aplicação de água (CQA), Cana queimada com aplicação de vinhaça (CQV), Cana crua com aplicação de água (CCA), Cana crua com aplicação de vinhaça (CCV) MATERIAIS E METODOS As amostras de solo foram coletadas em cinco mini-trincheiras para cada tratamento. Em cada mini-trincheira foram coletadas amostras de solo nas camadas 0-10, 10-20, 20-30 cm A densidade foi determinada pelo método do cilindro volumétrico Realizou-se análises de pH, fosforo (P) e cátions trocáveis (Ca2+, Mg2+ e K+) MATERIAIS E MÉTODOS Caracterização do solo nas áreas em estudo MATERIAIS E MÉTODOS As amostragens do solo foi realiza no período de julho a agosto de 2009 Foram realizadas 10 amostragens nos dias: 0, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12 e 14 após aplicação de vinhaça no solo Foram instaladas câmeras estáticas para coleta de amostras de GEE Foram também avaliadas umidade do solo, pressão atmosférica e temperatura do solo MATERIAIS E MÉTODOS Câmera e seringas utilizadas na amostragem de GEE do solo RESULTADOS E DISCUSSAO RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização química da vinhaça da Usina de Iracema RESULTADOS E DISCUSSÃO Com exceção de P1, observou-se redução gradativa de C-CO2 em função das distancias dos pontos, com maior emissão em P2 O declínio das emissões ao longo do canal condutor deve-se provavelmente ao processo de decomposição da vinhaça Condições favoráveis de temperatura RESULTADOS E DISCUSSÃO Não foi observada correlação significativa entre a emissão de C-CO2 e os valores de pH em nenhum dos pontos da coleta Já a temperatura é um fator importante na emissão de C-CO2, que pode tanto acelerar como reduzir o processo de decomposição RESULTADOS E DISCUSSÃO Os fluxos de N-N2O provenientes do canal de vinhaça foram muito baixos, tendendo a zero Não foram verificadas diferenças estatísticas significativas entre os pontos da coleta Esses resultados demonstram que neste ambiente não ocorre a formação de N2O RESULTADOS E DISCUSSÃO O N é essencial para decomposição de materiais orgânicos e, provavelmente, a quantidade de N presente na vinhaça foi absorvida pelos microrganismos RESULTADOS E DISCUSSÃO Temperatura e pH da vinhaça em todos os pontos de amostragem. Os valores representam média de 15 repetições. Barras representam o desvio padrão da média. P1, P2, P3, P4, P5 E P6 representam os pontos de amostragem RESULTADOS E DISCUSSÃO As emissões médias de C-CH4 foram de 386, 1263, 1085, 1163, 1431 e 427 mg m-2 h-1 respectivamente, P1, P2,P3, P4, P5 E P6 O menor valor de emissão observado em P1 deve-se a alta temperatura da vinhaça (48°C) reduzindo a atividade dos microrganismos RESULTADOS E DISCUSSÃO Por ser o único ponto revestido de cimento, ocorre a menor formação de nichos microbiológicos para produção de CH4 De P2 a P5 observou-se características semelhantes com alta emissão de CH4 Ambiente favorável RESULTADOS E DISCUSSÃO Conversão dos fluxos de N-N2O e C-CH4 em CO2 e estrapolação destes fluxos por safra e m3 de vinhaça transportada no canal de distribuição RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização da vinhaça da Usina Iracema aplicada no solo em fertirrigação RESULTADOS E DISCUSSÃO Fluxos médios de 1 (C-CO2), 2 (N-N2O) e 3 (CH4) inflenciados pela aplicação davinhaça no solo em fertirrigação (mg.m-2.h-1) CONCLUÕES A vinhaça é um importante fonte de GEE no setor sucroenergético O CH4 é responsável por 99,84% da emissão que efetivamente contribui com a intensificação do efeito estufa N2O tem participação insignificativa REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA OLIVEIRA, B. G. Vinhaça da cana-de-açúcar: fluxos de gases de efeito estufa e comunidades de archaea presente no sedimento do canal de distribuição. Dissertação de mestrado. Universidade de São Paulo. Piracicaba, 2010.
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