Avaliação do potencial de crescimento de biomassa e produção de bio-óleo pela microalga Scenedesmus sp. em diferentes biorreatores

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Borges, W.S. (INSTITUTO LUTERANO DE ENSINO SUPERIOR DE ITUMBIARA) ; Oliveira, F.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Guerra, W.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Chiesa, J.E.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Dias, I.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Vieira, A.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Batista, A.C.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA)

Resumo

Este estudo avaliou a viabilidade técnica do cultivo de microalga Scenedesmus sp. em relação a influência dos fotobiorreatores horizontais e verticais para fins de produção de biodiesel. A análise estatística indicou que os fotobiorreatores tiveram influências específicas de crescimento quando relacionados às condições ótimas de cultivo, resultando 0,3754 g/L de massa seca em reator vertical com volume útil de 1 litro e obtendo produção de bio-óleo de 20,37% de sua massa seca. Em contrapartida, quando a microalga foi cultivada em fotobiorreator horizontal produziu 0,5488 g/L de biomassa seca, convertendo em 12,11% no teor lipídico. Para efetivar o procedimento realizado sobre a viabilidade de cultivo frente as condições dos fotobioreatores foram realizados cultivos em duplicata.

Palavras chaves

Microalgas; Scenedesmus sp.; Biodiesel

Introdução

Estratégias que atendam às demandas energéticas, econômicas e ambientais, tem sido o foco principal de estudos para produção de biocombustíveis (OSAKI; BATALHA, 2011). A cadeia produtiva de biodiesel no país se mostra como principal combustível renovável aumentando a diversificação de biomassa e potencializando a inserção do cultivo de microalgas em sua produtividade (SILVA; FERNANDES, 2017). As microalgas são promissores microrganismos fotossintéticos à produção de demanda energética. Com estrutura celular simples e crescimento acelerado a sua aplicabilidade tem sido explorada ao longo dos anos (ESPINOSA et al.,2014), logo apresenta grandes perspectivas em comparação com as demais culturas oleaginosas, tendo seu crescimento otimizado em uma temperatura de 20°C à 35°C, promovendo crescimento de biomassa com grande potencial lipídico (BIBI et al.,2017). O meio de cultivo para produção de energia via microalgas é influenciado por vários fatores, como intensidade luminosa, temperatura, pH, nutrientes e aeração, sendo constantemente cultivados em ambientes naturais como as lagoas abertas, ou artificiais com auxílio de fotobiorreatores (SCHMITZ; DAL; COLLA, 2012). Para que os resultados de adaptação e retorno de bio-óleo sejam satisfatórios, no que concerne às microalgas um potencial lipídico em torno de 60%, indica-se o uso de fotobiorreatores para o cultivo, devido a não exploração do solo, menor disponibilidade de água, além de minimizar as probabilidades de contaminação (MARIANO, 2013). Nessa perspectiva, o estudo tem como objetivo, avaliar a viabilidade técnica do cultivo de microalga Scenedesmus sp. utilizando o meio nutritivo Guillard modificado, testando diferentes reatores para verificar como a mesma se comporta para produção de biodiesel.

Material e métodos

Os testes foram realizados na Universidade Federal de Uberlândia – Campus Pontal, localizado em Ituiutaba-MG. A amostra de microalga foi gentilmente cedida pelo Curso de Química do Instituto Luterano de Ensino Superior de Itumbiara (Iles-Ulbra), que por sua vez teve sua origem junto à Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia. A microalga Scenedesmus sp. foi testada para verificar como a mesma se comportava em relação a produção de bio-óleo e biomassa seca produzida. O seu cultivo foi de 30 dias em que elas cresceram em seus respectivos reatores, verticais ou horizontais, ambos em acrílico com volume útil de 1 litro, em temperatura de 28ºC±0,5ºC, sem aeração e fotoperíodo de 12 horas, seguindo BORGES et al. (2016). A microalga Scenesdesmus sp. foi cultivada em reatores fechados (Fig. 1) com o filme plástico em PVC para evitar a perca de água durante o cultivo. Conforme BORGES et al. (2016) foi adicionado uma quantidade de inóculo em concentração de 20% do volume útil. Nos testes foi utilizado o meio Guillard modificado (1975), sem a adição de vitaminas. Para o cultivo da Scenedesmus sp foi utilizado 8 mL do meio Guillard para 1000 mL de água destilada. Após o cultivo de 30 dias, foi iniciada a preparação para a quantificação de biomassa e bio-óleo em que as amostras foram centrifugadas em uma centrífuga, utilizando um campo centrífugo de 7808g por 5 minutos. Os sedimentos foram colocados em um béquer de 50 mL e colocados em estufa a 100°C por 24 horas. Depois da secagem as amostras foram colocadas em um dessecador por 30 minutos. Para realizar a quantificação de bio-óleo, utilizou-se o método de Folch et al. (1957) com banho ultrassônico (Fig. 2), conforme GRIS (2010) e RAMIREZ (2013).

Resultado e discussão

O cultivo quando realizado em um fotobiorreator horizontal, apresentou 0,5488 g/L de biomassa.O crescimento celular foi superior ao de AMARAL (2017) que obteve média de 0,364 ± 0,082 g/L. Foi extraído um teor lipídico de 12,11%, comparados com resultados obtidos por CASSURIAGA et al. (2015), que obtiveram uma concentração lipídica de 11,70% em fotobiorreator tubular horizontal. A Scenedesmus sp., quando cultivada em fotobiorreator vertical, apresentou 0,3754 g/L de biomassa seca, produzindo um teor de lipídeo de 20,37% sobre a massa seca, propiciando melhor resultado na porcentagem de lipídeos frente aos reatores horizontais, as variáveis no processo de cultivo, em que segundo OLIVEIRA (2013) podem afetar seu metabolismo com alteração em seu conteúdo lipídico. SILVA (2014) realizou o cultivo em laboratório utilizando frascos verticais com volume útil de 1 L, mostrando resultados promissores na quantificação de biomassa seca, com concentrações de 0,365 ± 0,01 g/L.O tamanho dos fotobiorreatores frente às variáveis, principalmente aos fatores de luminosidade e troca de gases, limitantes à maiores concentrações celulares da Scenedesmus sp, relacionados a seu crescimento. BORGES (2014) confirma, que os reatores de orientação vertical apresentam condições mais satisfatórias, obtendo 0,121 g de óleo produzido por reator, otimizando a concentração do teor de lipídeos (18,15%). Percebe-se que a quantidade de biomassa seca em g/L não influenciou a quantidade de óleo e teor de lipídeos (%), onde os resultados do reator horizontal demonstraram uma quantidade superior de biomassa seca, porém o reator vertical apresenta uma quantidade menor de biomassa seca mas uma quantidade maior de óleo (em torno de 0,01 g) e teor de lipídeos de 8,26% a mais que o reator horizontal.

Reator coberto horizontal (tipo bandeja - A) e reator vertical (B) com o cultivo de Scenedesmus sp.


Extração de lipídeos em evaporador rotativo

Conclusões

A otimização dos reatores do meio de cultivo da Scenedesmus sp. mostrou que a produção de lipídeos é favorecida quando se trabalha com reatores verticais, apresentando 0,3754 g/L de biomassa onde os testes analisados obtiveram 20,37% de teor lipídico, resultados superiores em termos de porcentagem (%) de lipídeos quando comparados ao reatores horizontais com 12,11%. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que o crescimento de biomassa e o rendimento no teor de lipídeos é possível para o cultivo da Scenedesmus sp., demonstrando uma alternativa promissora na produção de bio-óleo.

Agradecimentos

Ao Programa de Pós-Graduação em Biocombustíveis(UFU), Curso de Química (ILES/ULBRA), Fundação Ulbra (FULBRA), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (FAPEG) e a Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG).

Referências

AMARAL, Eduarda Torres. Aproveitamento de glicerol como suplemento nutricional no desenvolvimento de microalgas: prospecção para obtenção de biomassa e lipídeos. Dissertação de mestrado apresentada ao programa de pós-graduação em Tecnologia Ambiental da Universidade de Santa Cruz do Sul –UNISC, 2017.
BIBI, Riaz., AHMAD, Zulfiqar, IMRAN, Muhammad., HUSSAIN, Sabir, DITTA, Allan., MAHMOOD, Shahid, KHALID, Azeem. Algal bioethanol production technology: A trend towards sustainable development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 71, p. 976-985.2017.
BORGES, Wesley da Silva. Produção de bio-óleo empregando microalgas em diferentes meios de cultivo. Tese de doutorado. Universidade Federal de Uberlândia. 2014.
BORGES, Wesley da Silva Borges; ARAUJO, Breno Severiano Alves; MOURA, Lucas Gomes; COUTINHO FILHO, Ubirajara; RESENDE, Miriam Maria de; CARDOSO, Vicelma Luiz. Bio-oil production and removal of organic load by microalga Scenedesmus sp. using culture medium contaminated with different sugars, cheese whey and whey permeate: Journal of Environmental Management, 2016.
CASSURIAGA, APA et al. Cultivo de Spirulina sp. leb 18 em fotobiorreator tubular horizontal para biofixação de CO2. Blucher Chemical Engineering Proceedings, v. 1, n. 2, p. 763-770, 2015.
ESPINOSA, Lauren; TAPANES, Neyda De laCaridad Om; GOMES, Donato Alexandre ; CRUZ, Yordanka Reyes. As microalgas como fonte de produção de biodiesel: Discussão de sua viabilidade. Acta Scientiae et Technicae, [S.l.], v. 2, n. 1, jul. 2014.
FOLCH, J; LEES, M. STANLEY, G.H.S. A simplemethod for theisolationandpurificationof total lipidsfrom animal tissues. J. Biol. Che,v. 22, p. 497-509, 1957.
GRIS, Lara Regina Soccol. Produção de microalga Nannocholoropsis oculata em fotobiorreatores Airlift. Porto Alegre, Universidade Federal de Rio Grande do Sul. 148 p. 2010.
MARIANO, Vera Lucia Bellin. Cultivo de microalgas em fotobiorreatores. Defesa de trabalho de conclusão de curso, apresentado à Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2013.
OSAKI, Mauro; BATALHA, Mário Otávio. Produção de biodiesel e óleo vegetal no Brasil: realidade e desafio. Organizações Rurais & Agroindustriais, v. 13, n. 2, 2011.
OLIVEIRA, Amanda Cristina. Produção de biomassa de microalgas Scenedesmus sp. em efluente de bovinocultura biodigerido. Dissertação de mestrado apresentada a Universidade Federal do Paraná. Engenharia e Ciência dos materiais.2013.
RAMIREZ, Nelzy Neyza Vargas. Estudo do crescimento da microalga Scenedesmus Sp. em vinhaça. Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia.2013.
SILVA, Thiago, de Loiola, Araújo; FERNANDES, Lígia, Dantas. Avaliação sistêmica dos impactos sociais da produção da soja para biocombustíveis em Porto Nacional–TO. Revista GEPROS, v. 12, n. 1, p. 141, 2017.
SILVA, Débora Andreatta da. Produção de biomassa de microalgas cultivadas em esgoto sanitário biodigerido visando a produção de biodiesel. Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais, Setor de Tecnologia, da Universidade Federal do Paraná.2014.
SCHMITZ, Roberta. DAL Magro, Clinei; COLLA, Luciane, Maria. Aplicações ambientais de microalgas. Revista CIATEC-UPF, v. 4, n. 1, p. 48-60, 2012.