Microalga Scenedesmus sp. : produção, aplicação e análise de compostos de interesse a partir da pirólise rápida

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Bazan, Nelzy Neyza Vargas Ramirez de
• Orientador(a): Trierweiler, Jorge Otávio, Farenzena, Marcelo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Microalgas; Vinhaça; Cultivo de algas; Otimização de processos
• Palavras-chave em Inglês: Vinasse; Microalgae; Scenedesmus sp.; Photobioreactor; Bioremediation
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/283508

Além dos problemas de poluição causados pelo uso generalizado de combustíveis fósseis, a alta demanda energética no setor industrial e doméstico tornam cada vez mais necessário o desenvolvimento de fontes de energia renováveis com menor impacto ambiental do que as tradicionais e com elevada produtividade. Uma alternativa aos combustíveis fósseis é o uso de óleo de microalgas. A obtenção de produtos a partir desse óleo requer a análise de tecnológicas vantajosas em cada etapa da cadeia de produção. A presente pesquisa analisa alternativas tecnológicas para a obtenção de compostos de interesse científico a partir do cultivo da microalga Scenedesmus sp. O estudo foi conduzido em 4 etapas: i) seleção de fotobiorreator (comparando o uso de sacos plásticos como fotobiorreator de baixo custo vs fotobiorreator air-lift de acrílico), ii) monitoramento do conteúdo de lipídios durante o cultivo (proposta de método de uso de espectroscopia de fluorescência vs método tradicional) para controle automático dos cultivos, iii) comparação de alternativas de colheita da biomassa produzida, e iv) a análise dos subprodutos existentes no bio-óleo gerado por pirólise rápida, visando a obtenção de produtos de alto valor agregado. Na primeira etapa, foram utilizados sacos plásticos para o cultivo de Scenedesmus sp. resultando em produtividade de 0,53 g.L-1.dia-1, enquanto o fotobiorreator air-lift apresentou resultados de 0,07 g.L-1.dia-1. Essa diferença de valores levou a considerar o efeito da radiação UV, barrada no air-lift enquanto os sacos permitem passar. Os experimentos nos sacos plásticos foram conduzidos com e sem filtros UV. Cultivos em sacos plásticos sem filtro UV apresentaram valores maiores do que aqueles com filtros UV, em termos de concentração máxima média (22% maior) e produtividade (24% maior). Concluiu-se que a passagem de luz UV é responsável pela diferença no crescimento da microalga Scenedesmus sp. no fotobiorreator de baixo custo avaliado. A segunda etapa objetivou a quantificação de lipídios ao longo do cultivo: utilizando metodologia que combina o uso de corante Vermelho do Nilo, medidas de fluorescência e a metodologia Modelagem Quimiométrica com Componentes Espectrais Puros (PSCM). O ajuste dos resultados apresentou erro absoluto médio menor que 5% e R² de aproximadamente 0,99. Comprova-se que a metodologia de quantificação proposta neste projeto é mais eficiente que o método gravimétrico tradicional, exigindo menos de 30 minutos quando os métodos tradicionais podem levar até 5 horas. Na terceira etapa, avaliou-se o método de colheita das microalgas e suas melhores condições utilizando vinhaça como parte do meio de cultivo. Os métodos de sedimentação e flotação de ar dissolvido (FAD) foram comparados. Foram desenvolvidos planejamentos experimentais que avaliaram: pH, concentração de floculante e velocidade de agitação, em meios de cultivo contendo 0%, 20% e 40% de vinhaça, tanto para sedimentação como para flotação. Ambos métodos de separação apresentaram valores de eficiência acima de 85%. O pH foi uma variável que influenciou significativamente em todos os casos, sendo que o ideal seria trabalhar com pH 6,7, mas quando o meio contém 40% de vinhaça o pH deve ser ácido na sedimentação. Na última etapa, a pirólise rápida foi utilizada como alternativa para obtenção de bio-óleo. A biomassa de microalga foi pirolisada a 600°C, gerando bio-óleo, biochar e gás. O bio-óleo foi avaliado devido ao interesse na obtenção de produtos químicos de valor agregado. O rendimento do bio-óleo é de cerca de 20%, caracterizado pela presença de compostos nitrogenados (17,59%), oxigenados (19,76%) e hidrocarbonetos (14,13%) que podem ser separados para aplicação industrial.