Biodigestion as a tool for poultry sustainability - a review

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i12.20042

Keywords:

Bioenergy; Poultry waste; Biogas production; Biodigester; Inoculum.

Abstract

Poultry is a well-developed and important activity for Brazil. However, it is an activity that generates waste, especially solid ones, such as bedding. As an alternative to reduce the environmental impact and production costs of the activity, many poultry farmers use the reuse of bedding for several consecutive batches. Knowing that the reuse of the bed takes place in a few batches only, it is necessary at some point to carry out the disposal of the bed. One of the possible ways for treatment (reduction of the risk of pollution) is the biodigestion process. Thus, the aim of this review was to approach biodigestion as an alternative for the sustainability of domestic poultry farming. The method used was a review in the bibliographic field of an exploratory nature on the waste generated in the activity, the biodigestion process, the use of inoculum and the predominant types of biodigesters. It is concluded that, through the biodigestion of chicken litter, the producer produces fuel for energy generation at a low cost, correctly manages the farm's waste, in addition to contributing to the environment, reducing the possible environmental impacts produced in the poultry activity, making the activity a sustainable production model, without loss of meat production.

References

Abouelenien, F., Kitamura, Y., Nishio, N., & Nakashimada, Y. (2009). Dry anaerobic ammonia–methane production from chicken manure. Applied microbiology and biotechnology, 82(4), 757-764.

ABPA - Associação Brasileira de Proteína Animal. 2021. Relatório Anual ABPA. https://abpa-br.org/wp-content/uploads/2021/04/ABPA_Relatorio_Anual_ 2021_web.pdf.

Aires, A. M. A., Lucas Junior, J., Fukayama, H. E., Machado, R. C., & Guidolin, F. G. D. (2010). Biodigestão anaeróbia da cama de frangos de corte com ou sem separação das frações sólida e líquida sobre a produção de biogás e a qualidade do biofertilizante. Engenharia Agrícola, 30(2), 212-223.

Angelidaki, I., Treu, L., Tsapekos, P., Luo, G., Campanaro, S., Wenzel, H., & Kougias, P. G. (2018). Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology advances, 36(2), 452-466.

Aquino, S. F., Chernicharo, C. A. L., Foresti, E., Santos, L., & Monteggia, L. O. (2007). Metodologias para determinação da atividade metanogênica específica (AME) em lodos anaeróbios. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, 12(2), 92-201.

Arruda, M. H, Amaral, L. P, Pires, O. P. J, & Barufi, C. R. V. (2002). Dimensionamento de Biodigestor para Geração de Energia Alternativa. Revista científica eletrônica de agronomia, 1(2), 1-8.

Barana, A. C. (2000). Avaliação de tratamento de manipueira em Biodigestores fase acidogênica e metanogênica. Dissertação (Doutorado em Agronomia) - Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Campus de Botucatu, SP. 105 p.

Batista, S. de P., Guerra, E. P., Resende, J. T. V., Gueri, M. V. D., Carvalho, G. C., Crestani, J. N. S., & Silva, I.F. L. (2019). Potencial de geração de biogás a partir de genótipos de batata-doce. Revista Ambiente & Água [online], 14(2), e2317.

Bayrakdar, A., Sürmeli, R. Ö., & Çalli, B. (2018). Anaerobic digestion of chicken manure by a leach-bed process coupled with side-stream membrane ammonia separation, Bioresource Technology, 258, 41-47.

Bonturi, G. L., & Dijk, M. V. (2012). Instalação de biodigestores em pequenas propriedades rurais: análise de vantagens socioambientais. Revista Ciências do Ambiente, 8(2), 88-95.

Bortolini, J., Tavares, M. H.F., Freitag, D.T., & Kuczman, O. (2020). Removal of solids and chemical oxygen demand in poultry litter anaerobic digestion with different inocula. Revista Ambiente & Água [online], 15(2), e2469.

Brumano, G. (2008). Mercado de carbono e os impactos da avicultura ao meio ambiente. Revista Eletrônica Nutritime, 5(6), p.722-741.

Caruso, M. C., Braghieri, A., Capece, A., Napolitano, F., Romano, P., Galgano, F., Altieri, G., & Genovese, F. (2019). Recent Updates on the Use of Agro-Food Waste for Biogas Production. Applied Sciences, 9(6):1217.

Catarino, R. P, González, A. P. N, & Oliveira, L. R. P. (2009). Otimização da produção de metano na biodigestão da cama-de-frango – In: I Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos de Animais - Geração de Energia a partir de Resíduos Animais - Florianópolis, SC – Brasil.

Chinivasagam, H. N., Estella, W., Rodrigues, H., Mayer, D. G., Weyand, C., Tran, T., Onysk, A., & Diallo, I. (2016). On-farm Campylobacter and Escherichia coli in commercial broiler chickens: Re-used bedding does not influence Campylobacter emergence and levels across sequential farming cycles. Poultry Science, 95,1105-1115.

Colatto, L, & Langer, M. (2011). Biodigestor – resíduo sólido pecuário para produção de energia. Unoesc & Ciência – ACET, 2(2), 119-128.

Costa, L. V. C. (2012). Produção de biogás utilizando cama de frango diluída em água e em biofertilizante de dejetos de suínos. Tese (doutorado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 75p.

Dalólio, F.S., Silva, J. N. da., Oliveira, A. C. C. de., Tinôco, I. F. F., Barbosa, R. C., Resende, M. O., Albino, L.F. T., & Coelho, S. T. (2017). Poultry litter as biomass energy: a review and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 941-949.

Deganutti, R., Palhaci, M.C.J.P, Rossi, M., & Tavares, R. (2004). Biodigestores Rurais:Modelos Indiano, Chinês e Batelada. Trabalho apresentado no AGRENER 2004. Departamento de Artes e Representação Gráfica, FAAC – Faculdade de Arquitetura, Artes e Comunicação, UNESP – Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho, Bauru, São Paulo.

Demirci, G. G., & Demirer, G. N. (2004). Effect of initial COD concentration, nutrient addition, temperature and microbial acclimation on anaerobic treatability of broiler and cattle manure. Bioresource Technology, 93, 109-117.

Dornelas, K.C., Schneider, R.M., & do Amaral, A.G. (2017). Biogas from poultry waste—production and energy potential. Environ Monit Assess, 189, 407.

Dotto, R. B., & Wolff, D. B. (2012). Biodigestão e produção de biogás utilizando dejetos bovinos. Disciplinarum Scientia,13(1), 13-26.

El-Mashad, H. M., & Zhang, R.H. (2010). Biogas production from co-digestion of dairy manure and food waste. Bioresour. Technol., 101, 4021–4028.

Faria, R. L. A. (2011). Geração de energia pela biodigestão anaeróbica de efluentes: o caso da suinocultura. Revista Complexus, 2(3), 28-43.

Fasolin, L. B., Kaveski, I. D. S., Chiarello, T. C., Marassi, R. B., & Heinn, N. (2014). Relação entre o Índice de Sustentabilidade e os Indicadores Econômico-financeiros das empresas de energia brasileiras. Revista em Gestão, Educação e Tecnologia, 18(2),955-981.

Font-Palma, C. (2012). Characterisation, kinetics and modelling of gasification of poultry manure and litter: An overview, Energy Conversion and Management, 53(1),92-98.

Freitas, F., Cristina Furtado, A., & Yegros Cuevas, A. (2018). Construção de um biodigestor didático para a estação ciências do parque tecnológico de Itaipu. Revista Brasileira de Extensão Universitária, 9(2), 65-74.

Garcês, A.P.J.T., Afonso, S.M.S., Chilundo, A., & Jairoce, C. T. S. (2017). Evaluation of different litter materials for broiler production in a hot and humid environment: 2. Productive performance and carcass characteristics. Tropical Animal Health and Production, 49, 369–374.

Ge, X., Matsumoto, T., Lisa, K., & Yebo, L. (2014). Biogas energy production from tropical biomass wastes by anaerobic digestion. Bioresource Technology, 169, 38– 44.

Gonçalves, F. da S., & Ramalho, A. R. dos S. (2021). Biodigestão anaeróbia da manipueira gerada na casa de farinha no município de Branquinha/AL, Brasil. Diversitas Journal, 6(1), 36-47.

Gyenge, L., Ráduly, B., Crognale, S., Lányi, S., & Ábrahám, B. (2014). Cultivating conditions optimization of the anaerobic digestion of corn ethanol distillery residuals using response surface methodology. Central European Journal of Chemistry, 12(3), 868-876.

Hajjaji, N., Martinez, S., Trably, E., Steyer, J. P., & Helias, A. (2016).Life cycle assessment of hydrogen production from biogas reforming, International Journal of Hydrogen Energy, 41( 14), 6064-6075.

Holm-Nielsen, J. B., Al Seadi, T., & Oleskowicz-Popiel, P. (2009). The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology, 100(22), 5478-5484.

Jorge, L. H. A., & Omena, E. (2012). Biodigestor. Dossiê Técnico. SENAI/AM - Escola SENAI Antônio Simões.

Kohn, M. P., Castaldi, M. J., & Farrauto, R. J. (2014). Biogas reforming for syngas production: The effect of methyl chloride. Applied Catalysis B: Environmental, 144, 353-361.

Leite V. D., Lopes, W. S., Sousa, J. T., Prasad, S., & Silva, S. A. (2009). Tratamento anaeróbio de resíduos sólidos orgânicos com alta e baixa concentração de sólidos. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 13(2), 190–196.

Luste, S., Heinonen-Tanski, H., & Luostarinen, S. (2012). Co-digestion of dairy cattle slurry and industrial meat-processing by-products: effect of ultrasound and hygienization pre-treatments. Bioresource Technology, 104, 195–201.

Martins, S. D, & Assis, G. E. (2007). Estudo da viabilidade econômica da implantação de um biodigestor em uma granja de perus – In: XXVII Encontro Nacional de Engenharia de Produção - Foz do Iguaçu, PR, Brasil.

Metz, H. L. (2013). Construção de um biodigestor caseiro para demonstração de produção de biogás e biofertilizante em escolas situadas em meios urbanos. Trabalho de conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Federal de Lavras, curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Formas Alternativas de Energia. LAVRAS – MG.

Neto, E. D. D., Alvarenga, L. H., Costa, L. M., Nascimento, P. H., Silveira, R. Z., & Leite, L. H. M. (2010). Implementação e avaliação de um biodigestor de produção descontínua. Revista Exacta, 3(2),36-43.

Nges, I. A., & Liu, J. (2010). Effects of solid retention time on anaerobic digestion of dewatered-sewage sludge in mesophilic and thermophilic conditions. Renewable Energy, 35, 2200 – 2206.

Nie, H., Jacobi, H. F., Strach, K., Xu, C., Zhou, H., & Liebetrau, J. (2015). Mono-fermentation of chicken manure: Ammonia inhibition and recirculation of the digestate. Bioresource Technology, Amsterdam, 178,238- 246.

Nutiu, E. (2014). Anaerobic purification installation with production of biogas and liquid fertilizers. Procedia Technology, 12, 632 – 636.

Okudoh, V. Trois, C. Workneh, T. & Schidt, S. (2014). The potential of cassava biomass and applicable technologies for sustainable biogas production in South Africa: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39, 1035-1052.

Oliveira, A. B. de, M., Orrico, A. C. A., Orrico Júnior, M. A. P., Sunada, N. da, S., & Centurion, S. R. (2011). Biodigestão anaeróbia de efluente de abatedouro avícola. Revista Ceres, 58(6), 690-700.

Oliveira, A. J, & Ramalho, J. (2006). Plano Nacional de Agroenergia 2006-2011 - Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, Secretaria de Produção e Agroenergia. 2. ed. rev. - Brasília, DF: Embrapa Informação Tecnológica, 110 p.

Oliveira, L. G., Freitas, D. C. de., Batalha, M. O., & Alcântara, R. L. C. (2015). Gerenciamento de riscos na cadeia agroindustrial de frango: análise da perspectiva dos avicultores em ubá, Minas Gerais. Revista Produção Online, 15(4), 1305-1325.

Orrico Júnior, M. A. P., Orrico, A. C. A., Lucas Júnior, J. de, Sampaio, A. A. M., Fernandes, A. R. M., & Oliveira, E. A. de. (2012). Biodigestão anaeróbia dos dejetos da bovinocultura de corte: influência do período, do genótipo e da dieta. Revista Brasileira de Zootecnia, 41(6), 1533-1538.

Orrico Júnior, M. A. P, Orrico, A. C. A, Lucas Júnior, J. (2010). Biodigestão anaeróbia dos resíduos da produção avícola: cama de frangos e carcaças. Eng. Agríc.,30(3), 546-554.

Paiva, E. C. R., Matos, A. T., Azevedo, M. A., Barros, R. T. P. De, & Costa, T. D. R. (2012). Avaliação da compostagem de carcaças de frango pelos métodos da composteira e de leiras estáticas aeradas. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, 32(5), 961-970.

Palhares, P. C. J. (2003). Uso de biodigestores para o tratamento da cama de frango: conceitos importantes para a produção de biogás - Pesquisador da Embrapa Suínos e Aves. Circular Técnica - Área de avaliação de impacto e gestão ambiental.

Pasqualini, A. A. (2020). Aplicação dos biodigestores na pecuária sustentável. Revista Faculdades do Saber, 5(9), 598-609.

Patel, S. K. S., Madina, P., Kim, D., Kim, S.-Y., Kalia, V. C., Kim, I.-W., & Lee, J.-K. (2016). Improvement in methanol production by regulating the composition of synthetic gas mixture and raw biogas. Bioresource Technology, 218, 202-208.

Paula Junior, S. E. M. Avaliação das Alternativas de Disposição Final do Resíduo da Produção de Frango de Corte: Cama de Frango/ – Rio de Janeiro: Ufrj/Escola Politécnica, 2014.

Penteado, M., de Lima, G., Zarpellon, F., Gueri, M., & Schirmer, W. (2021). Potencial energético do biogás gerado a partir da biodigestão de resíduos do processamento industrial de erva-mate. Revista aidis de ingeniería y ciencias ambientales. Investigación, 14(2), 767-785.

Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J. & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. UFSM.

Perondi, D., Poletto, P., Restelatto, D., C., Silva, J. P., Junges, J., Collazzo, G. C., Dettmer, A., Godinho, M., & Vilela, A. C. F. (2017). Steam gasification of poultry litter biochar for bio-syngas production, Process Safety and Environmental Protection, 109, 478-488.

Procópio, D. P., & Lima, H. J. D. (2020). Poultry production conjecture in Brazil. Research, Society and Development, 9(3), e47932312.

Purnomo, C. W., Indarti, S., Wulandari, C., Hinoded, H., & Nakasaki, K. (2017).Slow Release Fertiliser Production from Poultry Manure. Chemical Engineering Transactions,56, 1531-1536.

Rao, P. V., & Baral, S.S. (2011). Experimental design of mixture for the anaerobic co-digestion of sewage sludge. Chem. Eng., 172, 977–986.

Reck, A. B., & Schultz, G. (2016). Aplicação da metodologia multicritério de apoio à decisão no relacionamento interorganizacional na cadeia da avicultura de corte. Rev. Econ. Sociol. Rural, 54(4), 709-728.

Rêgo, J. O., Brandão, M. C.P., Torres Neto, A. B., & Cavalcanti, L. A. P. (2021). Análise da viabilidade de geração de energia e produção de biofertilizantes a partir de dejetos de animais em uma fazenda no Sul da Bahia. Brazilian Journal of Development, 7(7), 75312-75329.

Ribeiro, E. M., Mambeli Barros, R., Tiago Filho, G. L., dos Santos, I. F. S., Sampaio, L. C., dos Santos, T. V., da Silva, F. G. B., Silva, A. P. M., & de Freitas, J. V. R. (2018). Feasibility of biogas and energy generation from poultry manure in Brazil. Waste Management & Research, 36(3), 221–235.

Ribeiro, S. A. dos S., Junho, A. L., Barros, R. M., Santos, I. F. S. dos, Filho, G. L. T., Martuscelli, E., & Freitas, J. V. R. de. (2020). Preliminary study of biodigestion of bovine manure with whey in the double-stage digestion system with biogas purification. Research, Society and Development, 9(8), e646985911.

Rieze, J. De, Raport, L., Willems, B., Verbrugge, S., Volcke, E., Meers, E., Angenent, L. T., & Boon, N. (2015). Inoculum selection influences the biochemical methane potential of agro-industrial substrates. Microbial Biotechnology, 8, 776-786.

Sagula, A. L. (2012). Biodigestão anaeróbica de cama de frango em co-digestão com caldo de cana-de-açúcar. Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 56p.

Sagula, A. L., Costa, L. V. C., & Junior, J. L. (2017). Diferentes diluições e uso de reciclo na biodigestão anaeróbia de cama de frango triturada e peneirada: ensaio batelada. Brazilian Journal of Biosystems Engineering, 11(4), 373-384.

Santos, T. M. B. dos. (2021). Balanço energético e adequação do uso de biodigestores em galpões de frangos de corte. Tese (Doutorado em Produção Animal) - Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, 167 p.

Santos, T. M. B, & Lucas Júnior, J. (2004). Balanço energético em galpão de frangos de corte. Engenharia Agrícola, 24(1), 25-36.

Schmidt, N. S., & Silva, C. L.da. (2018). Pesquisa e Desenvolvimento na Cadeia Produtiva de Frangos de Corte no Brasil. Revista de Economia e Sociologia Rural, 56(3), 467-482.

Seman, S. Z. A., Idris, I., Abdullah, A., Shamsudin, I. K., & Othman, M. R. (2019). Optimizing purity and recovery of biogas methane enrichment process in a closed landfill. Renewable Energy, 131,1117-1127.

Shen, J., & Zhu, J. (2016). Optimization of methane production in anaerobic co-digestion of poultry litter and wheat straw at different percentages of total solid and volatile solid using a developed response surface model. Journal of Environmental Science and Health, 51(2), 325-334.

Silva, C. E. D. F., & Abud, A. K. D. S. (2017). Influence of manure concentration as inoculum in anaerobic digestion of vinasse. Acta Scientiarum. Biological Sciences, 39(2), 173+.

Silva, C. O., Cezar, V. R. S., Santos, M. B., & Santos, A. S. (2013). Biodigestão Anaeróbia com substrato formado pela combinação de esterno ovinocaprino, manipueira e biofertilizante. Revista Ibero‐Americana de Ciências Ambientais, 4(1), 88 – 103.

Singh, R., Krishna, B. B., Kumar, J., & Bhaskar, T. (2016). Opportunities for utilization of non-conventional energy sources for biomass pretreatment. Bioresour Technol, 199:398-407.

Steil, L, Lucas Junior, J, & Oliveira, R. A. (2002). Avaliação do uso de inóculo na digestão anaeróbia de resíduos de aves de postura, frangos de corte e suínos. Engenharia Agrícola, 22(2), 146-159.

Sunada, N. da. S., Orrico, A. C. A., Orrico Júnior, M. A. P., Vargas Junior, F. M. de, Garcia, R. G., & Fernandess, A. R. M. (2012). Potential of biogas and methane production from anaerobic digestion of poultry slaughterhouse effluent. Revista Brasileira de Zootecnia, 41(11), 2379-2383.

Suzuki, A. B. P., Feiden, A., Ernandes, D. M., Martins, G. I., & Faria, R. A. P. (2012). Utilização de manipueira juntamente com sólidos da cama de aviário em biodigestores para geração de biogás. Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais, 8(3), 809 – 820.

Suzuki, A. B. P., Fernandes, D. M., Faria, R. A. P., & Souza, S. N. M de. (2014). Produção de biogás em escala real em unidade demonstrativa – Unidade Granja Colombari. Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais, 10(1),13 – 20.

Taupe, N. C., Lynch, D., Wnetrzak, R., Kwapinska, M., & Kwapinski, J. J. W. (2016). Leahy, Updraft gasification of poultry litter at farm-scale – A case study, Waste Management, 50, 324-333.

Tessaro, A. B., Tessaro, A. A., Cantão, M. P., & Mendes, M. A. (2015). Potencial energético da cama de aviário produzida na região sudoeste do Paraná e utilizada como substrato para a produção de biogás. Revista em Agronegócio e Meio Ambiente, 8(2), 357-377.

Tremea, F. T., & Silva, A. C. (2020) O setor avícola no Brasil e sua distribuição regional. Economia & Região, 8(1),183-200.

Trevizan, P. S. F. (2013). Produção de biogás por dejetos de suínos em terminação suplementados com ractopamina. Aquidauana, MS, UEMS. Dissertação (Mestrado) – Zootecnia – Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, 54p.

Virtuoso, M. C. da, Silva., Oliveira, D. G. de, Dias, L. N. de, S., Fagundes, P. S. de, F., & Leite, P. R. de, S. da, C. (2015). Reutilização da Cama de Frango. Revista Eletrônica Nutritime, 12(02), 3964– 3979.

Wicks, M, Dangaran, K, & Beartshce, S. (2013). Manure Processing Technologies. Anaerobic Digestion. The Ohio State University, 3,1-11.

Xavier, C. A. N., & Lucas Junior, J. (2010). Parâmetros de dimensionamento para biodigestores batelada operados com dejetos de vacas leiteiras com e sem uso de inóculo. Engenharia Agrícola, 30(2), 212-223.

Zeb, I., Jingwei, M., Craig, F., Quanbao, Z., Pius, N., Yiqing, Y., & Gopi Krishna, K. (2017). Recycling separated liquid-effluent to dilute feedstock in anaerobic digestion of dairy manure. Energy, 119, 1144-1151.

Zhang, T., Yang, Y., Liu, L., Han, Y., Ren, G., & Yang, G. (2014). Improved biogas production from chicken manure anaerobic digestion using cereal residues as cosubstrates. Energy & Fuels, 28(4), 2490-2495.

Published

12/09/2021

How to Cite

DORNELAS, K. C. .; SCHNEIDER, R. M. .; AMARAL, A. G. do .; TON, A. P. S. .; MASCARENHAS, N. M. H. . Biodigestion as a tool for poultry sustainability - a review. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 12, p. e38101220042, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i12.20042. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/20042. Acesso em: 2 mar. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences