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Purificação de biogás através de cultivo de microalgas em efluentes orgânicos

Publicado em 03/03/2017 às 12:54:09

Resumo

A necessidade de atender à demanda de energia do mundo e reduzir os impactos ambientais causados pelos resíduos provenientes das atividades humanas está entre os principais desafos da atualidade. Diante deste cenário, a captura e a posterior utilização do biogás produzido na degradação da matéria orgânica como fonte de energia se apresenta como uma alternativa a ser avaliada. Todavia, a presença de impurezas no biogás como o dióxido de carbono (CO2) e o ácido sulfídrico (H2S) limita sua qualidade para utilização como fonte energética. Uma das possibilidades para melhorar o aproveitamento do biogás consiste em eliminar da sua composição o dióxido de carbono. O CO2 pode ser biologicamente convertido em matéria orgânica por microrganismos fotossintetizantes, como as microalgas. Desta forma, este estudo teve como objetivo avaliar a capacidade de purifcação do biogás produzido pela biodigestão de efluente suíno, através do cultivo da microalga Scenedesmus disciformis em fotobiorreator airlift (12 L), desenvolvido para essa fnalidade. Para este estudo, como meio de cultura alternativo, foram utilizados os efluentes biodigeridos suíno, esgoto sanitário e bovino diluídos em 5%, 25% e 30% respectivamente. Testou-se a capacidade de crescimento das microalgas através da injeção controlada de biogás nos cultivos, assim como a purifcação do biogás pela cultura de microalgas. Determinou-se a taxa de crescimento celular e biomassa seca dos cultivos de microalgas diariamente. Os melhores resultados obtidos foram com o meio suíno 5% com injeção de biogás, alcançando a concentração celular de 13.257x 104 (± 430) cel.mL-1 e 2,0 (± 0,16) g.L-1 de biomassa seca com teor de 26% de lipídeos. O biogás purifcado apresentou uma concentração média de 91% de CH4. O poder calorífco do biogás aumentou de 5.592 kcal.m-3 para 8.372 kcal.m-3. Com relação à biorremediação, a microalga Scenedesmus disciformis foi capaz de remover 99,3% do nitrogênio amoniacal e 99,2% da concentração de fósforo do efluente suíno. Os resultados demonstram o potencial das microalgas para purifcar biogás e biorremediar efluentes, diminuindo os custos de produção concomitantemente a produção de biomassa microalgal.

Introdução

A crise energética enfrentada pelo mundo tem sua origem no esgotamento previsível das fontes de energia atualmente disponíveis, podendo ser citadas o petróleo, o gás e o carvão. Em um curto período de tempo, esses recursos produziram grandes concentrações de poluentes, precursores de diversos problemas ambientais enfrentados pela humanidade.

Diante desse cenário, a utilização de fontes renováveis de energia se mostra uma opção promissora para contornar a crise atual. O biogás produzido a partir da biodigestão anaeróbia de resíduos biológicos é uma mistura de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), sulfeto de hidrogênio (H2S) e vários hidrocarbonetos menores. Apresenta-se como um potencial combustível para geração de energia e pode ser utilizado com os mesmos padrões do gás natural fóssil quando purifcado.

A presença de altas concentrações de CO2 faz com que o biogás seja mais custoso para ser comprimido e transportado em comparação ao gás natural. Além disso, a captura do CO2 presente no biogás pode melhorar a efciência do motor de combustão. Várias estratégias de investigação sobre o sequestro de CO2 têm sido realizadas, incluindo métodos físicos, químicos e biológicos.

O CO2 pode ser biologicamente convertido em matéria orgânica por microrganismos fotossintetizantes, como as microalgas, e essa matéria pode ser transformada em produtos de alto valor agregado como o bioetanol, o biocombustível e os aminoácidos (PULZ e GROSS, 2004; SKJANES et al., 2007). Quando comparadas às plantas terrestres, as microalgas apresentam maiores taxas de fxação de CO(COSTA et al., 2000). A fração lipídica da biomassa de microalgas produzida pode ser extraída e transesterifcada para produção de biocombustíveis (MORAIS e COSTA, 2007). Os produtos presentes na biomassa, como proteínas, pigmentos e enzimas, podem ser comercializados com o objetivo de aumentar a viabilidade comercial de tais empreendimentos.

Apesar de todos os avanços tecnológicos nessa área, os custos de produção e de operação dos sistemas de produção de microalgas ainda são muito altos. A combinação da produção de microalgas e remoção de nutrientes de águas residuais
se apresenta como alternativa para o crescimento desses organismos, eliminando a necessidade de meios sintéticos, reduzindo os custos de produção, paralelamente ao tratamento de passivos ambientais.

Neste estudo, os perfs de crescimento da microalga cultivada em concentrações de CH4 e CO2 foram avaliados, assim como os parâmetros físico-químicos e biológicos do processo. O processo de purifcação do biogás foi aplicado com objetivo de aumentar o valor calorífco do gás e sua qualidade. Todos os experimentos foram realizados em ambiente externo e sem controle de temperatura e luminosidade, na cidade de Curitiba – PR.

Autores: Bruno Miyawaki; Anderson Cardoso Sakuma; André Bellin Mariano; Beatriz Santos; Diego de Oliveira Corrêa; José Viriato Coelho Vargas; Nelson Fernando Herculano Selesu e Wellington Balmant.

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