Produção de biogás a partir da co-digestão de resíduos da geração de energia

Aplicações de microalgas tem tornado esses micro-organismos importantes em pesquisas com fins tanto comerciais como energéticos. A biofixação de CO2 por microalgas é vista como uma forma economicamente viável e ambientalmente sustentável para mitigar as emissões de CO2 e geração de biomassa para obtenção de bioprodutos de alto valor agregado como os biocombustíveis. Na digestão anaeróbia da biomassa de microalgas a adição de um cosubstrato rico em carbono pode facilitar o processo de produção de biogás. O glicerol possui alta concentração de carbono orgânico e é solúvel em água. Neste sentido, a combinação de ambos os substratos pode solucionar um dos principais problemas para o processo de digestão, que reside no equilíbrio da razão (C/N). Co-digestão anaeróbia consiste na digestão anaeróbia de uma mistura de dois ou mais substratos com composições complementares. O objetivo do estudo foi avaliar a geração de biogás através da co-digestão anaeróbia de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 e glicerol bruto. Para a realização do estudo foram construídos e operados sete biorreatores com volume útil de 1,5 L, alimentados com 5, 6, 10, 15 e 20 g.L -1 da mistura de biomassa de Spirulina e glicerol. A adição de diferentes quantidades de glicerol (5 e 10 g.L -1 ) foi utilizada como um suplemento na digestão anaeróbia em sistema de batelada. A razão C/N variou de 3,3×103 a 23,7. Os ensaios foram realizados a 35 °C, em reatores equipados com sistema de coleta de gás, alimentação e retirada do efluente líquido, operados em batelada sequencial. O efluente líquido dos reatores foi analisado quanto ao pH, nitrogênio amoniacal e alcalinidade. O volume de biogás produzido diariamente foi medido em gasômetro de frasco invertido. Em todos os ensaios, os valores médios de pH variaram de 7,0 a 7,3 e nitrogênio amoniacal de 62,02 a 1100,99 mg.L-1 . A alcalinidade do efluente variou entre 1133,37 e 3578,98 mg.L-1 CaCO3. Em todos os ensaios com adição de glicerol houve incremento na produção específica de biogás (0,16 – 0,24 d -1 ) quando comparado ao ensaio em que somente biomassa microalgal era alimentada no processo (0,03 L.d-1 ), demonstrando ser esta uma alternativa interessante para a produção de biocombustível e concomitante agregação de valor ao glicerol residual da produção de biodiesel.

Produção e purificação de biogás utilizando microalga spirulina sp. LEB-18

O crescimento da população mundial e a tentativa de substituição parcial dos combustíveis fósseis por novas fontes de energia têm levado a uma maior atenção quanto à possível escassez de alimentos e a carência de grandes áreas disponíveis para agricultura. Microalgas, por meio do metabolismo fotossintético, utilizam energia solar e gás carbônico como nutrientes para o crescimento. A microalga Spirulina pode ser utilizada como suplemento alimentar, na biofixação de CO2, como fonte de biocombustíveis e no tratamento de efluentes. A digestão anaeróbia da biomassa microalgal produz biogás e os resíduos deste processo podem ser utilizados como substrato para novos cultivos da microalga. O objetivo deste trabalho foi estudar a conversão de Spirulina sp. LEB-18 em biogás em escala piloto e produzir biomassa microalgal utilizando os efluentes bicarbonato e dióxido de carbono do processo anaeróbio como fonte de nutrientes. Spirulina foi utilizada como substrato na digestão anaeróbia para produção de biogás em escala piloto sob temperaturas variáveis (12- 38 °C). Efluente do processo anaeróbio foi adicionado (20 %, v/v) como fonte de carbono no cultivo da microalga para avaliar o crescimento e a composição da biomassa. A seguir foi avaliada a capacidade da microalga de remover CO2 presente no biogás através de biofixação para obtenção do biocombustível purificado. O biogás produzido sob as diferentes temperaturas apresentou entre 72,2 e 74,4 % de CH4, quando realizado nas temperaturas 12 a 21 °C e 26 a 38 °C, respectivamente. A redução na temperatura do processo anaeróbio provocou um decréscimo na conversão de biomassa em biogás (0,30 para 0,22 g.g-1 ), ocorrendo dentro da faixa adequada e segura para as bactérias metanogênicas (pH 6,9; alcalinidade entre 1706,0 e 2248,0 mg.L-1 CaCO3 e nitrogênio amoniacal 479,3 a 661,7 mg.L-1 ). Os cultivos de Spirulina sp. LEB-18 em efluente anaeróbio contendo 20 % (v/v) e meio Zarrouk modificado (NaHCO3 2,8 e 5,3 g.L-1 ) apresentaram velocidade específica máxima de crescimento entre 0,324 e 0,354 d-1 , produtividade volumétrica entre 0,280 e 0,297 g.L-1 .d-1 e produtividade areal entre 14,00 e 14,85 g.m-2 .d-1 , sem diferenças significativas (p > 0,05) entre as diferentes condições estudadas. Lipídios variaram entre 4,9 e 5,0 % com proporção de ácido linoleico maximizada nos meios com efluente e ácido alfa-linolênico reduzida nesses meios em comparação ao meio Zarrouk completo. Nos ensaios para avaliar a capacidade da microalga Spirulina sp. LEB-18 de remover CO2 contaminante no biogás, as máximas concentrações celulares e produtividades de biomassa variaram, respectivamente, entre 1,12 e 1,24 g.L-1 e 0,11 e 0,14 g.L-1 .d-1 , não apresentando diferenças significativas (p > 0,05) entre os ensaios. A maior fixação diária total (FDT) de dióxido de carbono obtida foi 58,01 % (v/v) em cultivos com adição de biogás contendo 25 % (v/v) CO2. Obteve-se biogás com 89,5 % (v/v) de CH4 após injeção em cultivos de Spirulina, no qual aproximadamente 45 % (v/v) do CO2 injetado foi fixado pela microalga, gerando biomassa para diversas aplicações e biogás purificado.

Perfil de solutos e micotoxinas nas águas do cultivo e beneficiamento do arroz

O cultivo do arroz no RS é fortemente relacionado com recursos hídricos, pois este se faz sob irrigação e durante o beneficiamento, especialmente no caso da parboilização, são necessários volumes consideráveis de água. Em vista disso, os solutos presentes nestas águas permitem estimar o impacto desta cultura e sua industrialização na qualidade do ambiente hídrico no RS. Foi desenvolvida uma rotina analítica para caracterização físico-química das águas da cadeia produtiva do arroz, onde foram analisados nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, nitrogênio orgânico, açucares redutores, açucares redutores totais, sólidos totais, sólidos fixos, sólidos voláteis, ácidos voláteis, alcalinidade, pH, nitrato, nitrito e fósforo. Também um método multimicotoxinas foi desenvolvido avaliando a eficiência de cinco sistemas de extração-partição para aflatoxina B1 (AFA B1), aflatoxina B2 (AFA B2), ocratoxina A (OTA), zearalenona (ZEA) e deoxinivalenol (DON). A partição liquido-liquido com clorofórmio foi a mais eficiente recuperando 89; 96; 89; 97 e 72%, respectivamente de cada micotoxina. A comparação entre volumes de solventes, onde o número de etapas envolvidas e o tempo necessário para efetuar a determinação confirmaram a simplicidade, a economia e a rapidez deste sistema de partição a ser adotado para extrair micotoxinas de água da cadeia produtiva de arroz. O método foi aplicado para determinação de micotoxinas em amostras de águas de irrigação e parboilização de arroz de diferentes procedências verificando-se que as últimas aparecem contaminadas com micotoxinas, AFA B1 9,0 ng mL-1 e DON 110 ng mL-1 . Foi realizado também um estudo de migração de micotoxinas AFA B1, OTA, ZEA e DON e outros solutos sob condições de encharcamento (4 e 6 h) em dois níveis de fortificação, durante a parboilização do grão ficando demonstrado que durante o processo ocorria a lixiviação de solutos e micotoxinas para água de encharcamento do arroz.

Utilização de diferentes fontes de carbono no cultivo do camarão litopenaeus vannamei em sistemas com bioflocos

A tecnologia do sistema de cultivo com bioflocos (BFT) permite a intensificação da densidade de estocagem, bem como o aumento da produtividade no qual exige esforços no manejo para a manutenção de qualidade de água. No entanto, um dos problemas é a liberação de nitrogênio através de alimento não consumidos, juntamente com as excretas dos organismos cultivados, principalmente na forma de amônia total. A adição de fontes de carbono orgânico é uma alternativa na redução de amônia tornando possível a conversão deste composto em proteína bacteriana, sendo disponível como alimento suplementar no ambiente de cultivo. Portanto foram testadas fontes de carbono como o melaço de cana-de-açúcar, dextrose e farelo de arroz no cultivo do camarão L. vannamei em sistemas BFT, avaliando a redução da concentração do nitrogênio amoniacal total em experimentos nas fases de berçário e engorda, bem como a análise de desempenho zootécnico dos animais. Os experimentos foram realizados utilizando caixas com volume útil de 800 L. O experimento berçário teve a duração de 35 dias, com densidade de estocagem de 1200 camarões m- ² e peso médio de 0,024±0,01 g. As fontes de carbono melaço de cana-de-açúcar (M) e farelo de arroz (F) foram combinadas em diferentes percentuais. No experimento engorda foi utilizada densidade de estocagem de 300 camarões m- ², peso médio de 4,09±0,51 g, durante 70 dias. Os tratamentos foram distinguidos pelas fontes de carbono dextrose e farelo de arroz. No experimento berçário a concentração da amônia foi significativamente menor (p<0,05) com o uso do melaço. O nitrito acumulou até o final do experimento, mas devido ao curto período experimental não interferiu nos índices de desempenho zootécnico, nos quais não apresentaram diferenças pelo uso das fontes de carbono. No experimento engorda, com o uso da dextrose, a concentração de amônia foi significativamente menor (p<0,05). Apesar de elevadas concentrações de nitrito, as sobrevivências foram similares e acima de 80%. Dados zootécnicos como peso final, ganho de peso semanal, conversão alimentar aparente e produtividade foram significativamente melhores (p<0,05) no tratamento farelo de arroz. Em ambos os experimentos as fontes de carbono de degradação rápida, como o melaço e a dextrose foram mais eficientes na redução de amônia. A degradação rápida destas fontes podem ter disponibilizado maiores teores de carbono como substrato para as bactérias heterotróficas metabolizarem a amônia, melhorando a qualidade da água.

Dinâmica de nitrogênio em cultivo heterotrófico a partir de cianobactéria sob o escopo de biorrefinarias agroindustriais

O trabalho teve por objetivo avaliar a dinâmica de nitrogênio, em cultivo heterotrófico, a partir da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli, sob o escopo de uma biorrefinaria. Neste sentido, foi avaliada a contribuição dos compostos nitrogenados não proteicos, na dinâmica de distribuição do nitrogênio, na biomassa gerada pelo micro-organismo em estudo, quando cultivado em sistema autotrófico e heterotrófico. Para o cultivo em condições autotróficas, foi utilizado o meio padrão BG-11, enquanto que, para o cultivo em condições heterotróficas, foi empregado o efluente da indústria de laticínios. Inicialmente, foi avaliada a contribuição dos pigmentos na fração nitrogenada não proteica tendo como base dois experimentos. No primeiro experimento foi selecionada a melhor condição para a produção de pigmentos, expressos pela clorofila-a em sistema heterotrófico, tendo como base os parâmetros C/N (20, 40 e 60), N/P (5, 10 e 15) e concentração de inóculo (100, 200 e 300 mg.L-1), mediante um planejamento fatorial 23 . Os experimentos foram conduzidos em biorreator heterotrófico a 20°C, pH 7,6 e aeração contínua de 1VVM. A melhor condição de produção de pigmento foi indicada como sendo a 200 mg.L-1 de concentração celular, razões C/N 20 e N/P 10. Com base nestes resultados, um segundo experimento foi delineado, visando avaliar a contribuição de pigmentos na fração de nitrogênio não proteico, bem como avaliar a produção de clorofila-a e ficobiliproteínas (ficocianina, aloficocianina e ficoeritrina), sob influência da luz e do meio de cultivo. Foi possível destacar teores superiores de ficobiliproteínas na biomassa gerada no cultivo heterotrófico. No entanto, com notada diferença (p≤0,05) nos teores de clorofila-a, quando são comparadas as concentrações na biomassa de meios autotróficos (10,7 mg.g-1) e heterotróficos (1,0 mg.g-1). Fato este compensado pelo menor tempo de cultivo registrado para atingir o final do experimento, quando o micro-organismo é cultivado em condições heterotróficas. Fica demonstrado assim, ainda, a importante contribuição dos pigmentos na fração de nitrogênio não proteico. Na sequência, um terceiro e quarto experimentos foram delineados, visando avaliar a influência do nitrogênio inorgânico intracelular na fração não proteica e na produção de proteína, assim como a caracterização da fração proteica quanto ao seu perfil aminoacídico. O estudo da dinâmica do nitrogênio intracelular demonstrou que o N-NH4 + foi a forma nitrogenada predominante, perfazendo importante fração de N-NP, sendo, portanto, os teores de N-NP significativamente dependente dos teores de pigmentos e nitrogênio intracelular. Os aminogramas das biomassas geradas pelos cultivos autotróficos e heterotróficos indicaram como aminoácidos majoritários o ácido glutâmico e aspártico, seguidos por valina, leucina e isoleucina, e como minoritários, lisina, glicina e metionina. O perfil aminoacídico caracterizou-se por apresentar aminoácidos essenciais como isoleucina, metionina + cisteína, fenilalanina + tirosina, valina e treonina em concentrações superiores ao preconizado pela FAO/WHO. A caracterização da fração proteica quanto ao perfil aminoacídico qualificou esta biomassa como fonte potencial de proteína. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram a influência e dinâmica de distribuição dos compostos nitrogenados em Aphanothece microscopica Nägeli. Fica demonstrado, ainda, que a implementação do conceito de biorrefino, no tipo de agroindústria estudado, poderá representar importantes possibilidades de aproveitamento sustentável do efluente gerado.