Fermentação gasosa: o CO₂ como fonte de carbono

A fermentação gasosa — a conversão biológica de CO₂, CO, H₂ ou gás de síntese em produtos químicos, combustíveis e materiais — já não é uma curiosidade de laboratório: há instalações comerciais em operação hoje. A tecnologia contorna por completo a cadeia de abastecimento agrícola, transformando gases residuais industriais em produtos com pegada de carbono negativa. O que mudou foram as plataformas de engenharia que tornam a sua produtividade economicamente relevante — e essa é tanto uma história de conceção de biorreatores como de microbiologia.

Os organismos: três estratégias metabólicas

A fermentação gasosa não é uma tecnologia única, mas três estratégias microbianas distintas com uma restrição em comum: extrair carbono e energia de moléculas gasosas.

• Acetogénicos (Clostridium ljungdahlii, C. autoethanogenum): usam a via de Wood-Ljungdahl para fixar CO e CO₂ em etanol, acetato ou 2,3-butanodiol. Estão na base do processo comercial de gás de aciaria a etanol.
• Bactérias knallgas (Cupriavidus necator): usam H₂ e CO₂ através do ciclo de Calvin para produzir bioplásticos PHA ou proteína unicelular.
• Metanogénicos hidrogenotróficos: convertem CO₂ + H₂ em biometano (Power-to-Methane), a via comercialmente mais madura.

O problema do kLa: gases pouco solúveis

O desafio central de engenharia é a transferência de massa, não a microbiologia. O CO e o H₂ estão entre os gases menos solúveis em água, com constantes de Henry comparáveis às do oxigénio. O limite de produtividade é definido quase inteiramente pelo kLa, não pela cinética microbiana.

Cinco estratégias aumentam o kLa para gases pouco solúveis:

1. Pressão elevada no vaso (2–10 bar): aumenta a concentração de gás dissolvido pela lei de Henry.
2. Microsparger (poros de 5–50 µm): bolhas finas com uma área interfacial muito maior.
3. Vasos de elevada razão altura/diâmetro (H/T 2–4): maximizam o tempo de residência das bolhas.
4. Circuito de recirculação de gás: eficiência de utilização acima de 90 %.
5. Agitação otimizada para a quebra das bolhas.

Requisitos de projeto do biorreator

Operar com estes gases impõe requisitos fora do padrão:

• Vaso sob pressão certificado segundo a PED/ASME BPE, com selos mecânicos estanques ao gás.
• Certificação ATEX: o CO (LIE 12,5 %) e o H₂ (LIE 4,0 %) são inflamáveis, logo zona 1/2 para o vaso e para o percurso do gás.
• Controlo multigás com 3–5 MFC independentes e análise do gás de saída.
• Materiais: 316L eletropolido com Ra ≤ 0,4 µm cobre todas as aplicações biológicas.

Conclusão

A fermentação gasosa está comercialmente comprovada e em crescimento, impulsionada pela queda dos custos do hidrogénio verde e pela precificação do carbono na UE. Exige, no entanto, plataformas de biorreatores feitas para o efeito — vaso, controlo, sistema de gás e certificação ATEX têm de ser projetados em conjunto. É precisamente neste tipo de engenharia à medida que a Vinci Biotechnologies se especializa.