四名巴西科学家和两名美国科学家刚刚发表的一篇科学文章报道，当啤酒厂的废谷物（大麦蔗渣）在进行厌氧消化（一种涉及消耗有机物和产生甲烷的微生物过程）之前用超声波处理时，电能和热能都有了提高。

预处理产生的沼气含有56%的甲烷，比未使用超声波获得的比例高27%。在甲烷中净化后，沼气可以用作汽车燃料，与传统化石燃料相比，碳足迹非常低。此外，在热电联产中，啤酒厂可以燃烧甲烷来发电和取暖。最终的废物可以用作生物肥料，而不是矿物肥料。该方法在《清洁生产杂志》上发表的文章中有详细描述。

该创新工艺是在坎皮纳斯州立大学食品工程学院（FEA-UNICAMP）的生物工程和废水处理实验室（Biotar）开发的。研究小组组长T芒nia Forster Carneiro是FAPESP支持的一个项目的首席研究员。

食品加工厂有符合法律规定的废水处理厂，但并不总是处理有机固体废物，这些废物通常被运往受控或卫生填埋场，或用于生产动物饲料。福斯特·卡内罗说：“为有机固体废物增值的研究对工业和整个社会都很重要。”。“特别是在这项研究中，我们使用超声波对废物进行预处理，这是一种通常仅在实验室应用的早期技术，因此获得了更高水平的甲烷产量。结果非常积极。”

博士后研究员Luz Selene Buller和博士候选人William Sganzerla也是该研究小组的成员，他们都是FAPESP的奖学金获得者。

正如Sganzerla解释的那样，啤酒厂废物是木质纤维素（包括木质素、纤维素和半纤维素），参与厌氧消化的微生物不容易穿透细胞壁。“向厌氧消化反应器中注入木质纤维原料会产生低水平的甲烷，因为微生物不会消耗这种生物量，而生物量必须通过预处理进行分解。”

该研究还分析了整个过程中的能量回收途径，得出结论，沼气产生的电力抵消了超声波和厌氧消化预处理所需能量的80%，同时产生的热能盈余也比不使用超声波获得的多余热量高50%。

“一个技术挑战是如何应用消耗很少能源的可持续预处理，”Sganzerla说。“高能耗的预处理对于工业规模的应用是不可行的。因此，沼气燃烧产生的电力将用于超声波。产生的热量可用于工业中需要热能的各种过程。所有这些都遵循了低碳排放食品生产的循环经济原则。”

据布勒说，养分循环利用和可再生能源发电是粮食生产可持续发展和脱碳的关键。

详细计算

对于福斯特·卡内罗来说，研究中进行的高度详细的测量是本文引起科学界如此多关注的主要原因。她说：“我们计算了所有入境和出境流量的质量和能量平衡。我们详细表明，每加工一公吨大麦蔗渣，就有可能产生0.23兆瓦时的电力。”。

该研究还提出了利用可再生能源发电以减少温室气体排放的潜力。五年多来，福斯特·卡内罗一直与文章倒数第二作者迈克尔·蒂姆科合作。Timko是美国马萨诸塞州伍斯特理工学院的教授，也是废物价值化方面的专家。“这项研究很棒，”她说。“很少有研究项目详细说明甲烷发电的计算。”

除其他外，该实验源于FEA-UNICAMP与当地啤酒厂之间的良好关系，反映在技术考察和固体废物捐赠中。该啤酒厂每周生产120-250公吨大麦蔗渣。福斯特·卡内罗（Forster Carneiro）说：“该工厂目前不回收这些废物。它只是将其用于动物饲料，但它可以处理甘蔗渣，同时产生能量。”。

在这方面，Sganzerla指出了巴西国家固体废物政策的影响（2010年颁布的第12305号法律）。“总有一天，所有制造商都有义务处理他们产生的废物，”他说。“他们将不得不使用可用的技术。从技术上讲，这已经是可行的。我们在研究中指出了各种可能性。目前没有制造商大规模这样做，因为尽管厌氧消化存在，并且是液体和固体废物的可行技术，但需要对固体和木质纤维素废物进行更深入的研究。”

营养丰富

巴西是世界五大啤酒生产国之一。文章称，2019年，它生产了140亿升。生产100升啤酒产生约20公斤的大麦蔗渣，因此巴西每年产生约280万吨。2020年，福斯特·卡内罗（Forster Carneiro）和她的团队申请了在啤酒厂运营的厌氧反应器中使用这种有机废物进行废水处理的专利。

2021 3月，丹麦技术大学生物技术和生物医学系附属的福斯特·卡内罗（Forster Carneiro）、斯甘泽拉（Sganzerla）、布勒（Buller）和索兰格·穆萨托（Solange Mussatto）在《清洁生产杂志》（Journal of Cleaner Production）上发表了一篇文章，详细评估了废物价值化（包括化肥生产）的经济优势。

“厌氧消化过程处理有机负荷高的废物，从而产生营养物质。留在反应器中的固体部分，即生物消化物，基本上由经过处理的富含氮、磷、钾和其他矿物质的木质纤维材料组成。就麦芽蔗渣而言，氮和蛋白质的比例很高，使其成为一种绿色食品“可以替代氮磷钾（含氮、磷和钾的矿物肥料）的ood生物肥料，”Sganzerla说。

福斯特·卡内罗和她的团队也在研究大麦蔗渣的水热预处理。“我们将废物送入反应器，反应器在一定温度和压力条件下水解生物质[分解分子]生成水解物[液体]含有可溶性营养成分。这对发酵过程非常有益。然而，需要进行更深入的研究，以便我们能够为木质纤维废物的处理找到一个有效和可持续的解决方案，”Sganzerla说。