Biocombustíveis, biodiesel, bio-hidrogênio e biomassa

Prévia do material em texto

5
Climatologia e MeteorologiaClimatologia e MeteorologiaMicroalgas e possibilidades de aplicações diretas:
Biocombustíveis, biodiesel, bio-hidrogênio e biomassa
Curso: Engenharia Ambiental e Sanitária
São Luís
2024
INTRODUÇÃO
Tanto rações animais como biocombustíveis têm como matéria-prima principal produtos da agricultura. Este é um dos principais aspectos em que se baseiam os críticos do uso de biocombustíveis, i.e., a competição por terras agriculturáveis que deveriam prioritariamente ser destinadas a produzir alimento humano. 
O aumento da demanda global por combustíveis oriundos de fontes renováveis, motivado por isenções fiscais, alavancou muitas iniciativas nos setores privado e federal, objetivando a produção de biocombustíveis, particularmente no Brasil, Estados Unidos da América e Europa (ERIKSEN, 2008). Em termos globais, o biodiesel europeu representou 43% da produção mundial em 2011, sendo o maior produtor mundial de biodiesel, de acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos da América. A produção total de biodiesel na Europa, em 2016, foi de 11.576.000 ton (EUROPEAN BIODIESEL BOARD, 2016). A produção de biodiesel no Brasil foi de 21.695.452 barris equivalentes de petróleo (3.449.576.888 L ~ 4.311.971 ton) em 2014 (AGÊNCIA NACIONAL DE PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS, 2015). 
No Brasil, o Programa Nacional de Produção de Biodiesel foi criado em 2004 e com objetivos definidos por lei (BRASIL, 2005), tendo concretizado o primeiro uso de 2% de biodiesel no óleo diesel em 2009, e então de 5% em 2012-13, atingindo em 2014 o percentual de 7% (AGÊNCIA NACIONAL DE PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS, 2015). É interessante ressaltar outras vantagens que resultam do uso do biodiesel, tais como aumento de empregos e coprodutos úteis obtidos durante o processamento desse novo combustível tais como cerca de 110 kg de glicerina para cada tonelada de biodiesel (BEHR et al., 2008). Essas iniciativas requerem novos desenvolvimentos na tecnologia de biocombustíveis.
DESENVOLVIMENTO
Segundo Chisti (2007), algumas microalgas chegam a ter 70% de lipídio em sua estrutura e são capazes de produzir mais de 30 vezes a quantidade de óleo (por ano e por unidade de área de terra) quando comparada com as culturas de oleaginosas. Isto se deve ao fato de terem a duplicação da biomassa em intervalo de tempo muito curto, a utilização de um espaço físico menor, a capacidade de serem cultivadas em zonas não apropriadas para a agricultura e a menor geração de resíduo. O grande desafio é purificar a porção lipídica com as propriedades adequadas para uso como biodiesel. Este processo ainda requer um custo energético maior do que a energia gerada. 
A fim de buscar maior rendimento visando à viabilidade econômica de um sistema energético à base de microalgas, pode-se incluir a geração de hidrogênio a partir de fotobiorreatores como os mostrados.
 O desenvolvimento do processo de separação temporal da fotossíntese normal (evolução para O2 ) da produção de H2 em algas verdes, permite, hoje, a produção sustentável de gás hidrogênio fotobiológico. A base para esse método foi a diminuição específica, mas reversível da evolução do oxigênio na alga verde Chlamydomonas reinhardtii sem afetar a taxa de respiração mitocondrial. Isso foi obtido pela privação de nutrientes sulfurados do meio de cultivo das algas, i.e., em culturas seladas. Assim, foi possível a fotoprodução de H2 pelas algas acumulando grandes quantidades de H2 na forma de bolhas produzidas diretamente no meio de cultura. Este método serviu como importante ferramenta de teste e melhoria da produção de hidrogênio de algas verdes, bem como para o uso em sistemas integrados (MELIS; MELNICKI, 2006). Cabe lembrar que o hidrogênio é considerado o combustível do futuro, pois é renovável, sua fonte é inesgotável e não gera nenhum poluente, além de possuir alta capacidade energética.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
É importante destacar que há poucos trabalhos na literatura relacionados à análise de ciclo de vida de processos que utilizam algas como fonte de biomassa para geração de energia. Clarens et al. (2010) publicaram um dos trabalhos mais importantes e informativos dos encontrados na literatura. 
Nesse estudo, foram determinados os impactos associados à produção de algas usando um modelo de ciclo de vida estocástico e compararam com outras culturas terrestres (canola, milho e gramíneas) e os resultados indicaram que as culturas terrestres têm menores impactos ambientais do que as algas no uso de energia, emissões de gases do efeito estufa e água, independentemente do local de cultivo. Somente em ocupação total de área e potencial estrófico, as algas foram superiores segundo os autores. 
Estes resultados trazem controvérsia e mostram, portanto, os grandes obstáculos a serem vencidos para viabilizar o uso de microalgas para geração de energia, principalmente em escala industrial, como se propõem os grupos de pesquisa e países que buscam essa tecnologia. O artigo analisou somente o processo de lagoas de cultivo e, para as culturas terrestres, a partir dos campos de cultivo até a geração da biomassa, i.e., sem considerar muitas cogerações possíveis. Um sistema de cogeração, ou seja, um processo combinado formando mais de um tipo de produto, deverá ser a resposta para um sistema energético sustentável à base de microalgas.
 A análise do ciclo de vida dos sistemas fechados de produção de biomassa de microalgas por meio do cultivo em foto biorreatores tubulares compactos em escala industrial, conforme mostrado, para fornecimento de biocombustíveis e geração de eletricidade (SILVA et al., 2015) demonstrou que: i) a utilização de PVC e aço devem ser minimizadas para reduzir o impacto ambiental e aumentar a sustentabilidade, ii) o uso do cultivo em sistemas fechados tem potencial de causar menos impacto que os sistemas de cultivo aberto pela baixa necessidade de área e produção de alta densidade celular. Outra recomendação desse estudo consiste no uso de águas degradadas, como efluentes agroindustriais, para utilização das microalgas como fonte de nutrientes. Uma análise técnica e econômica dos biocombustíveis de microalgas pode ser realizada a partir dos grandes investimentos feitos por vários países recentemente.
Por uma perspectiva política e de investimento, importantes conclusões podem ser tiradas. Inicialmente, observa-se que houve crescimento de aproximadamente 400% no investimento mundial em biocombustíveis de microalgas no período de 2006 a 2008 (HUGGETT, 2008), e que continuou a aumentar até os dias de hoje, o que é bastante significativo. Assim, era de se esperar que resultados concretos, dos pontos de vista tecnológico e econômico para o uso desses biocombustíveis em futuro próximo, já estivessem disponíveis. Isso levanta a questão do porque isso ainda não ocorreu. Stephens et al. (2010) apresentam dois argumentos para tentar responder a essa pergunta: i) as plantas-piloto e de demonstração ainda estão abaixo da escala de viabilidade econômica, e ii) não houve tempo suficiente para a indústria evoluir por meio da injeção de capital recente para a produção comercial em larga escala. Waltz (2009) conduziu trabalho investigativo junto aos maiores investidores mundiais em pesquisa para obter biocombustível de microalgas, que juntos somavam US$ 565 milhões, os quais expressaram a opinião de que dados de laboratório têm sido extrapolados inapropriadamente. 
Em escala laboratorial, existem várias tecnologias disponíveis, tanto para o cultivo como para o processamento da biomassa, porém a experiência prática no desenvolvimento de sistemas de maior porte mostra que não há tempo a perder para identificar os problemas e apresentar soluções científicas que viabilizem a produção em larga escala de biocombustível de microalgas, tornando-a competitiva com outros combustíveis, por meio, por exemplo, da geração de produtos de alto valor agregado no processo.
image1.png