Produção de biomassa aquática como fonte de lípidos para biocombustíveis

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Este trabalho teve como principal objectivo a produção de biomassa aquática como fonte de lípidos para biocombustíveis. O objectivo principal foi subdividido em dois pontos: − Inoculação e controlo de possíveis contaminações das culturas de microalgas de água doce Chlorella vulgaris, Chlorella emersonii, Botryococcus brauni e Haematococcus pluvialis, seleccionando-se a microalga de crescimento mais rápido (a estirpe que mais rapidamente atingiu 1 L de cultura densa); − Avaliação do crescimento e optimização das condições de cultivo de uma das estirpes do grupo em estudo, em laboratório, de forma a conseguir maximizar a produtividade lipídica. Para a Chlorella vulgaris (estirpe seleccionada do grupo em estudo, por ser a de crescimento mais rápido) foram efectuados três conjuntos de ensaios, em erlenmeyers de 1 L (fotobioreactores fechados), em que se fizeram variar as fontes nutricionais: a) Adição de Carbono (regime mixotrófico); b) Redução da concentração de Azoto em regime mixotrófico; c) Indução de stress (aumento da salinidade) em regime mixotrófico. Os resultados experimentais foram tratados de forma a darem resposta aos objectivos propostos. Os melhores resultados de produtividade lipídica máxima resultaram dos ensaios de cultivo em condições mixotróficas com 1,0gglucose/Lmeio BBM, redução em 80% de fonte de azoto e com adição de 750% e 1.000% de NaCl, correspondendo a uma taxa de produção de lípidos de 43,9mglipidos/L.dia, 44,7mglipídos/L.dia, 42,3mglipídos/L.dia e 43,8mglipídos/L.dia, respectivamente. Estes resultados foram superiores, em mais de duas vezes, quando comparados com o valor obtido para regime autotrófico, de 18,3mglipídos/L.dia. Deste modo considera-se que as condições do ensaio em regime mixotrófico com adição de 1,0gglucose/Lmeio BBM em conjunção com redução do teor de azoto em 80%, bem como a aplicação de condições de stress salino permitem incrementar substancialmente a produção lipídica para a estirpe de Chlorella vulgaris em estudo. Considerando um fotobioreactor com um volume total de cultivo equivalente ao volume de uma piscina de 1 ha com 15 cm de profundidade (V = 1.500 m3), sendo o valor de produtividade lipídica máxima de 44,7 mglipídos/L.dia, estima-se uma produtividade máxima de lípidos de cerca de 27.200 L/ha.ano. Este valor é cerca de 23 e 34 vezes superior quando comparado com a produtividade de óleo em monoculturas de colza e girassol.

The main objective of this work was the production of aquatic biomass as a source of lipids for biofuels and was subdivided in two points: − Inoculation and control of possible contamination of cultures of freshwater microalgae Chlorella vulgaris, Chlorella emersonii, Botryococcus brauni and Haematococcus pluvialis, selecting the fastest growing microalgae (the culture that first reached 1 L of dense culture); − Evaluation of growth and optimization of cultivation conditions in the laboratory in order to achieve maximum lipid productivity. For Chlorella vulgaris (strain selected from the algae working group for beeing the fastest growing one) three sets of tests were carried out in 1 L Erlenmeyer flasks (closed fotobioreactores), under different nutritional conditions: a) Addition of carbon (mixotrophic scheme); b) Reduction of nitrogen concentration in the mixotrophic scheme; c) Induction of stress (increased salinity) under mixotrophic conditions. The experimental results were treated so as to meet the proposed objectives. The best results of maximum lipid productivity were obtained for the culture tested in mixotrophic conditions with 1.0 gglucose/LBBM medium, 80% reduction in nitrogen source and with the addition of 750% and 1000% NaCl, corresponding to a lipid production rate of 43.9 mglipids/L.day, 44.7 mglipíds/L.day, 42.3 mglipíds/L.day and 43.8 mglipíds/L.day, respectively. These results were over twice the values obtained for autotrophic system, 18.3 mglipíds/L.day. Thus it is considered that the conditions of the test under mixotrophy with addition of 1.0 gglucose/LBBM medium in conjunction with 80% reduction of nitrogen content and the application of salt stress conditions can substantially increase the production of lipids for the strain of Chlorella vulgaris under study. Assuming a photobioreactor with a total volume of culture equivalent to the volume of a pool of 1 ha and 15 cm deep (V = 1,500 m3) we expect that a maximum lipid productiviy of 44.7 mglipíds / L.day corresponds to a maximum yield of about 27,200 L / ha.year. This value is about 23 and 34 times higher when compared to the productivity of oil from rape and sunflower monocultures.