Mapeamento De Teses Relacionadas Ao Tema Biogás No Cenário Acadêmico Nacional

ARTIGO ORIGINAL

CASTRO, Leonardo Chote de ^[1]

CASTRO, Leonardo Chote de. Mapeamento De Teses Relacionadas Ao Tema Biogás No Cenário Acadêmico Nacional. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 06, Ed. 04, Vol. 15, pp. 21-33. Abril de 2021. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-de-producao/tema-biogas

RESUMO

O presente artigo tem como objetivo analisar como vem sendo pesquisada, no cenário acadêmico nacional, a utilização do biogás como fonte de energia alternativa. Nesse contexto, esse artigo visa explorar essa questão, através de um mapeamento de obras acadêmicas, especificamente de teses de doutorado, por meio da análise de redes sociais, investigando as principais palavras-chave, autores e universidades que estão inseridas nesse contexto de estudo do biogás. Para atingir o objetivo proposto, realizou-se uma consulta ao catálogo de teses e dissertações, disponíveis no banco de dados da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino Superior (CAPES), onde a amostra coletada foi analisada através do método de análise de redes sociais, por meio do software NodeXL. Os resultados obtidos através do presente estudo, permitiu verificar as principais universidades envolvidas na temática estudada, bem como as principais palavras-chave utilizadas e autores.

Palavras-chave: Biogás, mapeamento, fonte alternativa de energia, grafos.

1. INTRODUÇÃO

Os processos industriais vêm utilizando, ao longo dos anos, os recursos de origem fóssil, contribuindo de forma significativa para o desenvolvimento e crescimentos das cidades. Contudo, o uso exagerado desses recursos, principalmente como combustíveis, vem causando inúmeros efeitos no meio ambiente, principalmente devido ao aumento das emissões de gases do efeito estufa (GEE’s), com destaque para o dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). As consequências das sucessivas emissões desses gases causam o aquecimento global, afetando todo o planeta e comprometendo irreversivelmente o equilíbrio dos ecossistemas (DULLIUS et al, 2017).

Ainda, estimativas indicam que estas alterações poderão ser catastróficas diante da contínua tendência de aumento da população mundial.  Além disso, efeitos advindos destas catástrofes estão sendo considerados um grande problema de saúde pública devido aos danos à saúde das populações. Kliucininkas et al (2012) avalia que as principais questões ambientais nas cidades estão relacionadas com o uso predominante do petróleo como combustível de transporte e a sua combustão que contribui significativamente para a poluição do ar e gases. Vale ressaltar que as emissões resultam não só da combustão de combustível por veículos, mas também como resultado da extração, transporte, produção e distribuição do próprio combustível. Globalmente o setor de transportes consome aproximadamente 61% de todo o petróleo extraído (KLIUCININKAS et al, 2012).

Assim, dado este cenário, as energias renováveis podem desempenhar papel importante de limitador das consequências ambientais, uma vez que podem substituir, total ou parcialmente, as energias fósseis, contribuindo para a diversificação da matriz energética do país e do mundo.

Entre os combustíveis renováveis, o biogás e o biodiesel são promissores. O primeiro pode ser utilizado em várias aplicações, como na geração de energia elétrica; instalações de aquecimento para animais; aquecimento de plantas de estufa e em veículos de transporte públicos ou privados. Uma das principais fontes de produção de biogás são os aterros sanitários, onde ocorre um processo de degradação da matéria orgânica ali depositada, resultando em produtos lixiviados como chorume (mistura de lama e água pluvial fluindo pela célula do aterro) e o biogás, composto principalmente de 60% de metano (CH₄) e 40% de dióxido de carbono (CO₂) com média de 40% da composição; alguns aterros controlam a emissões de gás metano simplesmente por queima (NADALETI et al, 2017).

Constantemente estudos apontam para a utilização do biogás como fonte limpa de energia. Mais especificamente no Brasil, de acordo com Santos (2015), a utilização do biogás proveniente de aterros sanitários vem aumentando consideravelmente, além de promover a energia sustentável e descentralizar a geração de energia de um país (SIGOT et al, 2014).

Assim, torna-se importante analisar a utilização do biogás como fonte alternativa de energia, que vem sendo pesquisada no Brasil, principalmente dentro das universidades. Nesse contexto, esse artigo visa analisar essa questão, através de um mapeamento de obras acadêmicas, especificamente de teses de doutorado, por meio da análise de redes sociais, investigando as principais palavras-chave, autores e universidades que estão inseridas nesse contexto de estudo do biogás.

2. METODOLOGIA

A realização dessa pesquisa foi possível mediante a consulta ao catálogo de teses e dissertações, disponíveis no banco de dados da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino Superior (CAPES). Esse artigo buscou analisar somente teses de doutorado que continham a palavra biogás em resumos, títulos e palavras-chave. Nessa busca, foram encontrados 157 teses, embora somente 104 continham todas as informações desejadas dos agentes envolvidos na tese, que são o autor, orientador e membros da banca, bem como as instituições de ensino as quais esses agentes pertencem.

A análise de rede social foi a ferramenta escolhida para a elaboração desse artigo, na medida que a elaboração de uma tese de doutorado cria laços e vínculos, o que gera redes sociais entre os agentes envolvidos, que são o autor, orientador e membros da banca (TOLEDO, 2017). Esse método permite uma visão panorâmica de como se comporta uma área, trazendo amplitude e o tratamento de um número elevado de dados, mesmo que, a princípio, traga apenas dados quantitativos, permite uma análise qualitativa dos dados (MELO et al, 2016; CHRISPINO et al, 2013).

A presente análise foi realizada através de grafos, que são representações gráficas de uma rede, tornando mais perceptível a interação entre os agentes analisados. Os grafos são constituídos de vértices ou atorese arestas, que são as conexões que ligam esses vértices, ou seja, representam os laços de relacionamento entre esses (BOUZON et al, 2018). Neste trabalho, esses agentes analisados foram as palavras-chave, autores, instituição de ensino e membros da banca.

A rede desse artigo foi gerada no software NodeXL que gera os grafos e o cálculo das medidas de centralidade, que indicam as posições dos vérticesem uma rede social e, ainda, quantificam a interligação deum agente dentro da rede (BOUZON et al, 2018). Os três principais tipos dessas medidas de centralidade podem ser classificados em (TOLEDO, 2017):

• Centralidade de grau (degreecentrality): indica o número de ligações que um vértice possui, possibilitando a contagem do número de saídas e entrada; assim, quanto maior a centralidade de grau de um vértice, maior será o número de relações queeste possui em uma determinada rede;
• Centralidade de proximidade (closenesscentrality): mostra quais os vértices estão mais próximos uns dos outros, ou seja, quanto maior o grau deproximidade, menor é a distância entre dois vértices e maior a comunicação entre estes;
• Centralidade de intermediação (betweennesscentrality): mede a frequência com que o vértice está no menor caminho entre dois outros quaisquer, indicando que quanto maior o valor, mais intermediador de informações esse vértice é, isto é, mais vezes o menor caminho de interligação entre autores passa por ele

Para elaboração desse trabalho, visando uma melhor análise, de cada rede social gerada, considerou-se somente os seis e os cinco vértices que possuíam maior grau de centralidade, proximidade e intermediação.

3. RESULTADOS

Inicialmente, a partir do material selecionado é possível observar a quantidade de teses publicadas no período de 2005 a 2019, temporalidade referente as 104 teses analisadas. A Figura1 mostra um aumento na quantidade de teses publicadas a partir de 2013, onde a quantidade entre 2013 e 2019 representa 77% do total de teses publicadas no período de 14 anos. Esse aumento pode ser justificado tanto pelo incentivo do governo em financiar projetos sustentáveis que buscam através da inovação tecnológica, variar a matriz energética do país devido a disponibilidade limitada de combustíveis fósseis, bem como pela importância de um destino adequado para os resíduos, sejam eles resíduos urbanos ou industriais, de origem vegetal ou animal. Dessa forma, o tratamento de resíduos possui um grande potencial de geração de biogás e biometano podendo ser utilizado na geração de energia limpa e renovável.

Figura 1: Número de publicações sobre biogás por ano no Brasil.

Investigou-se o vínculo da instituição de ensino dos pesquisadores com o tema de pesquisa “biogás”, que pode ser observado na Figura 2. Nesta rede estão presentes todas as instituições de ensino tanto dos autores, como dos orientadores e dos membros das bancas examinadoras.

Figura 2: Grafo gerado a partir das instituições de ensino.

Pode-se destacar as cinco instituições de ensino com maior grau de centralidade, que possuem maior relevância na produção acadêmica acerca do tema. Como mostrado na Tabela 1,uma instituição está localizada na região sul do país, no Estado do Rio Grande do Sul, duas instituições estão localizadas na região sudeste, no Estado de São Paulo e as outras duas instituições se localizam na região nordeste do país, uma delas no Estado da Bahia e a outra no Estado de Pernambuco.

Tabela 1: Instituições de ensino com maior grau de centralidade

^{Fonte: Autoria própria}

A partir da Tabela 1, chama a atenção o grau de centralidade da primeira instituição de ensino, Universidade de São Paulo, ser aproximadamente o dobro da segunda instituição com maior grau de centralidade, Universidade Federal do Pernambuco. Dentre diversos fatores, o financiamento de pesquisas se concentra na região sudeste e principalmente no Estado de São Paulo, realizadas tanto na Universidade de São Paulo quanto na Universidade Federal de São Carlos. São instituições de renome e que suas pesquisas são referência nacional e internacional. As instituições na região nordeste não recebem tamanho incentivo, porém são grupos de pesquisa que tem se consolidado ao longo dos anos e que tem se destacado no desenvolvimento e uso de tecnologias com base em energias renováveis na produção de biocombustíveis e eletricidade.

A centralidade de intermediação mede a importância do vértice no fluxo de informação, e quanto maior esse valor, mais o vértice faz essa intermediação de informações. Tanto a Universidade de São Paulo como a Universidade de Pernambuco possuem um elevado grau de intermediação, sendo fundamental a presença destas instituições para a comunicação da rede, caso contrário a rede ficaria desconectada e não haveria um fluxo de informações entre as demais instituições.

Além da rede social de instituição de ensino superior, gerou-se uma rede de pesquisadores, com os autores, seus orientadores e com os membros de cada banca examinadora. Totalizando 104 autores, 104 orientadores e 396 membros das bancas, a rede foi criada com o propósito de mostrar como eles se relacionam entre si, já que quanto maior for a conexão e o diálogo entre os nomes envolvidos em um mesmo tema de pesquisa, maior é a contribuição para o desenvolvimento da área. O grafo representado na Figura 3 mostra a rede de pesquisadores, onde os 6 vértices que apresentam a maior centralidade de grau foram destacados por cores diferentes. Os vértices com a maior centralidade de grau são os que conseguem estabelecer mais relação com os demais nomes. O destaque em cores no grafo nos permite interpretar de forma visual que a maioria dos 6 nomes possuem ligações em comum.

Figura 3: Grafo gerado a partir dos pesquisadores.

A Tabela 2 apresenta os 6 pesquisadores com os maiores graus de centralidade e centralidade de intermediação, bem como a instituição de ensino à qual estão vinculados.

Tabela 2: Pesquisadores com maior grau de centralidade.

^{Fonte: Autoria própria} 

Segundo a Tabela 2, os 4 primeiros pesquisadores com o maior grau de centralidade são vinculados a mesma universidade e possuem ligações diretas e indiretas entre si, como é possível visualizar no grafo. Mesmo os 2 últimos pesquisadores da tabela sendo de instituições diferentes, José Alberto Domingues Rodrigues é do IMT e Luiz Quinto Monteggia da UFRGS, eles dialogam entre si, com os outros 4 primeiros pesquisadores que são da USP.

Pode-se observar também que os 6 pesquisadores com maior grau de centralidade aparecem em algumas das 104 teses catalogadas como orientadores ou membros da banca e em algumas ocasiões, alguns dos 6 pesquisadores fizeram parte da mesma comissão de avaliação de alguma tese, sendo um membro da banca examinadora e outro orientador.

O estudo dos quantitativos de centralidade de intermediação nos mostra que os pesquisadores também estabelecem uma forte comunicação com pesquisadores de outras sub-redes, com destaque para Marcelo Zaiat, Edson Luiz Silva e Eduardo Cleto Pires cuja instituição de ensino é a USP, que apresentaram uma centralidade de intermediação elevada. No entanto, a análise dos 604 pesquisadores mostrou que 440 apresentaram centralidade de intermediação zero, o que nos mostra que grande parte dos pesquisadores dialogam muito pouco entre si no tema biogás. A organização das palavras-chave no software mencionado gerou o grafo mostrado na Figura 4.

Figura 4: Grafo gerado a partir das palavras-chave.

A Figura 4 mostra em destaque as 6 palavras-chave que apresentaram maior grau de centralidade. Na Tabela 3 pode ser observada a relação entre as palavras-chave e seus respectivos graus de centralidade e de intermediação, indicando que a palavra-chave biogás está ligada às palavras metano e resíduos sólidos, e convergindo com grande parte das teses analisadas. O biogás é produzido através da digestão anaeróbica dos resíduos sólidos depositados em aterros sanitários, sendo composto por uma mistura contendo, principalmente, o gás metano (SOTI, 2014).

Tabela 3: Palavras-chave com maior grau de centralidade.

^{Fonte: Autoria própria}

A origem do biogás pode ocorrer de forma natural ou de fontes de substrato, como: microalgas (MUSSGNUG et al, 2010); resíduos agrícolas (SUZUKI, 2012); estrume animal e lamas de unidades de produção de bovinos e suínos (HOLM-NIELSEN et al, 2009); lodo gerado no tratamento dos esgotos, além de resíduos sólidos urbanos.  Nesse último caso, o manejo de resíduos inclui, como fontes principais de emissão de metano, o tratamento de efluentes e a disposição de resíduos sólidos em aterros sanitários. Dessa forma, é coerente que exista uma ligação entre as palavras-chave biogás e resíduos sólidos.

Além disso, a ligação entre as palavras-chave biogás e metano é cabível já que a formação do biogás, através da digestão anaeróbia, é um método para decompor a matéria orgânica, dando origem a uma mistura de gases, que é essencialmente constituída e dióxido de carbono (CO₂) e pelo metano (CH₄), que é o componente útil que pode ser utilizado como combustível. Ainda, o poder calorífico do biogás está diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa. (SUZUKI et al, 2012).

A palavra-chave hidrogênio também de destacou nessa rede. Isso se deve ao fato da possibilidade energética desse gás, devido ao seu baixo impacto ambiental e alto valor energético e da possibilidade de ser originado a partir do biogás e do metano. A reação de conversão do metano para geração de hidrogênio origina produtos de alto valor agregado, sendo um método atrativo para produção de energia e produtos químicos (CAMARGO, 2004).

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A dependência da matriz energética por combustíveis fósseis e sua disponibilidade limitada, faz com que a busca por novas fontes de energia renovável e novas tecnologias sejam cada vez mais necessárias. Os impactos ambientais e as mudanças climáticas afetados diretamente por essas fontes de energia, são cada vez mais o foco de grupos de pesquisas em todo o mundo, onde a necessidade de uma matriz sustentável vem ganhando cada vez mais destaque. A utilização do biogás mostra-se como uma alternativa muito interessante para substituição de parte das fontes atuais de energia e vem sendo foco de pesquisas no cenário acadêmico nacional, o que é mostrado no estudo realizado.

O estudo realizado pode servir como base para os autores se guiarem no momento em que estiverem fazendo o levantamento de dados para escrever um artigo, trabalho, dissertação ou tese que forem publicar com o tema biogás. Ao estarem de posse do conhecimento das principais palavras-chave e principais pesquisadores consolidados na área bem como a instituição de origem dos mesmos, poderão ler obras relevantes para o estudo que estiverem desenvolvendo. Isso não quer dizer que o autor deverá se restringir aos autores que constarem na catalogação e análise realizadas, uma vez que estaria limitando a sua pesquisa dessa forma, mas sim servir como um ponto de partida para o conhecimento e aprofundamento no tema tratado.

As 157 teses encontradas no banco da capes envolvendo a palavra biogás e o crescimento de publicações a partir do ano 2012 são reflexo da evolução do cenário nacional nos últimos 7 anos, referente a pesquisas envolvendo bioenergia. Entretanto, os resultados mostraram uma persistente concentração dos recursos e pesquisas na região sudeste, quando comparado com outras regiões do país, o que atenta para um maior incentivo às pesquisas referente ao tema em outras partes do Brasil. Como as pesquisas não são financiadas somente pela iniciativa pública, mas também por indústrias nacionais e multinacionais privadas, que investem em pesquisa e desenvolvimento, destaca-se que São Paulo é o estado que mais concentra riquezas e indústrias de ponta na federação, reforçando o resultado obtido, tendo a região sudeste como destaque.

Se faz necessário, portanto, incentivar não só a industrialização do país, mas também a educação em todos os níveis, para que assim, mais pessoas tenham acesso à informação e à pesquisa de qualidade, em todas as regiões do Brasil.  A produção de energia através de fontes renováveis, principalmente a biomassa, pode ajudar a desenvolver regiões que estão afastadas das linhas de transmissão de energia e que recorrem ao uso de combustíveis fósseis que são poluidores. Além disso, frequentemente é necessário dar um destino correto aos resíduos urbanos e aos resíduos gerados pelas indústrias, sendo uma boa alternativa aproveitar o potencial desse material para a geração de energia limpa e renovável.

REFERÊNCIAS

BOUZON, Julia Damazio et al. O Ensino de Química no Ensino CTS Brasileiro: uma Revisão Bibliográfica de Publicações em Periódicos. Quím. nova esc, São Paulo, 2018.

CAMARGO, João Carlos.  O etanol como fonte de hidrogênio para células a combustível na geração distribuída de energia elétrica. Tese apresentada na Universidade Estadual de Campinas, 2004.

CHRISPINO, Álvaro et al. A Área CTS no Brasil Vista como Rede Social: Onde Aprendemos. Ciência & Educação, Bauru, v.19, n. 2, p. 455-479, 2013.

DULLIUS, Ivan mer et al. Urban Sustainability by Analysis Of Renewable Technologies In The Public Transport Of The City Of Curitiba. Journal of Environmental Management and Sustainability – JEMS Revista de Gestão Ambiental e Sustentabilidade – GeAS Vol. 6, N. 2. Agosto 2017.

HOLM-NIELSEN, Jens Bo. The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology 100(22):5478-84, 2009.

J.H. MUSSGNUG; V. KLASSEN; O. KRUSE; A. SCHUTLER. Microalgae as substrates for fermentative biogas production in a combined biorefinery concept. Bioresource Technology v.16, n.3, p. 587-606, 2010.

KLIUCININKAS, Linas et al. The life cycle assessment of alternative fuel chains for urban buses and Trolley buses. Journal of Environmental Management, n 99, 98-103, 2012.

MELO, Thiago Barbosa et al. Os Temas de Pesquisa que Orbitam o Enfoque CTS: Uma Análise de Rede sobre a Produção Acadêmica Brasileira em Ensino. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v.16, n.3, p. 587-606, 2016.

NADALETI, Willian Cézar et al. Methane-hydrogen fuelblends for SI engines in Brazilian public transport: Efficiency and pollutant Emissions. International Journal of hydrogenenergy, n 42, 29585- 29596, 2017b.

SIGOT, Lee. et al. Adsorption of octamethylcyclotetrasiloxane on silica gel for biogas purification. FUEL, v. 135, p. 205–209, 2014.

SOTI, G. DE. Biogás de Digestão Anaeróbia dos Resíduos Orgânicos de restaurante universitário com efluente sanitário. Trabalho de conclusão de curso de graduação. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. 2014

SUZUKI, I. SANTOS, I. Proposta de um método escalonado para a motorização do Aproveitamento do Biogás Gerado por Aterros Sanitários para Fins de Geração de Energia Elétrica. BDTD, 2015.

TOLEDO C. E. R., Perfil dos estudos CTS no brasil a partir das teses publicadas nas áreas de ensino e educação. Tese de doutorado, CEFET-RJ, 2017.

^[1] Mestrado em Engenharia de Produção e Sistemas (Cursando) / Engenheiro de Produção (2015).

Enviado: Fevereiro, 2021.

Aprovado: Abril, 2021.