PRODUÇÃO DE BIOENERGIA A PARTIR DO CULTIVO DE MICROALGAS

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FACULDADE DOS GUARARAPES
ENGENHARIA MECÂNICA
MAGNO SILVA NOGUEIRA LAPENDA
PRODUÇÃO DE BIOENERGIA A PARTIR DO CULTIVO DE MICROALGAS
Jaboatão dos Guararapes
2015
PRODUÇÃO DE BIOENERGIA A PARTIR DO CULTIVO DE MICROALGAS
RESUMO: Este artigo tem por objetivo demonstrar o grande potencial das microalgas, uma fonte de energia limpa e de origem sustentável, até então pouco conhecida pela sociedade, dando prioridade ao biodiesel e biogás obtidos através das mesmas. Com base em pesquisas bibliográficas, artigos e revistas científicas, serão abordados diversos pontos sobre o tema, tais como a grande importância da utilização de energia limpa e sustentável, os tipos de energia que podem ser obtidos através das microalgas, além das vantagens que elas possuem sobre as tradicionais culturas terrestres para produção de biocombustível, enfatizando sua grande importância socioeconômica em parceria com o desenvolvimento sustentável.
Palavras-chave: Bioenergia. Microalga. Energia Renovável. Biocombustível.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
Bioenergia é um termo amplo que se refere a qualquer forma de energia renovável produzida a partir de materiais derivados de fontes biológicas. Este engloba não só os biocombustíveis líquidos para os transportes, mas também a biomassa sólida e o biogás. (PANGEA, 2012)
De acordo com o conceito, a bioenergia é utilizada em forma líquida, sólida e gasosa, todas estas obtidas através do cultivo de microalgas. O seu biocombustível, a exemplo da forma líquida, é utilizado como fonte de energia limpa para automóveis, sendo menos poluente que o etanol, e mais econômico. A biomassa, fonte de energia em estado sólido, é utilizada como suplementação na dieta humana, e como fonte primária na alimentação de diversos animais aquáticos. E o biogás, fonte gasosa, é adquirido a partir da biodigestão das microalgas, sendo também muito utilizado como fonte de energia limpa, substituindo, e, automaticamente reduzindo a emissão de gases altamente poluentes na natureza.
A demanda por energia vem crescendo bastante nos últimos anos, principalmente nos países em desenvolvimento, sendo assim, o consumo de combustível está diretamente ligado ao desenvolvimento e industrialização do país. Eles liberam energia em forma de calor, mas ao mesmo tempo, liberam diversos gases prejudiciais à saúde. A principal fonte de combustível no momento é o petróleo, porém, ele não é um recurso renovável, pois leva milhares de anos para surgir. São formados por meio de processos naturais, como a decomposição de organismos mortos soterrados, contendo alta quantidade de carbono, usados para alimentar a combustão, o que o torna bastante prejudicial à saúde. O atual momento requer a busca por energias alternativas, que ao contrário do petróleo, não venham a causar tanto impacto negativo no meio ambiente. Com isso, a preocupação atual com a saúde do homem e meio ambiente, são as principais questões para o incentivo às pesquisas e produção de energia limpa e sustentável.
Ao longo do tempo, o homem vem conseguindo, através de estudos e pesquisas, a descoberta de novas aplicações da microalga no cotidiano humano. As pesquisas com respeito a bioenergia foram intensificadas após a conferência das nações unidas em 1992 no Rio de Janeiro, e a implantação do protocolo de Kyoto, procurando modos de reverter o atual processo de degradação ambiental.
QUESTÃO SUSTENTÁVEL
De acordo com Juha (ex-diretor do conselho metropolitano de Helsinque), desenvolvimento sustentável significa usarmos nossa ilimitada capacidade de pensar em vez de nossos limitados recursos naturais. Sendo assim, podemos achar novas formas de suprir nossas necessidades com diversas alternativas, evitando o fim antecipado dos recursos naturais, ou alguma ação prejudicial ao meio ambiente, e consequentemente ao próprio ser humano, causada pelo uso em excesso de tal recurso. Ou seja, o termo sustentabilidade significa estabelecer um sistema equilibrado, que poderia suprir as demandas da sociedade sem necessariamente esgotar suas fontes, criando um ciclo regenerativo capaz de se manter por um longo período.
Tripé da sustentabilidade
A sustentabilidade envolve três aspectos: atividade economicamente viável, socialmente justa e ecologicamente correta. A perspectiva Social se relaciona aos valores sociais e culturais, com uma distribuição de custo x benefício justa. A econômica resulta da obtenção de rendimento suficiente para o custo da vida em sociedade. A ambiental diz respeito à manutenção e prevenção dos ecossistemas do planeta. Como podemos ver na Imagem 1, as três perspectivas, quando se encontram em equilíbrio, formam a ideia central de sustentabilidade.
Imagem 1 - Tripé Sustentável
Fonte: sustentarte.org.br
Papel das microalgas no desenvolvimento sustentável
As microalgas, que também podem ser denominadas de fitoplâncton, são ricas em proteína e aminoácidos essenciais, ocupando a base da cadeia alimentar, pois são a fonte primária de alimentação para crustáceos, moluscos, pequenos peixes e animais aquáticos, onde esses servirão de fonte secundária para outros animais maiores, e assim sucessivamente. Chamados de estrategistas R, por se reproduzirem muito, mas se diversificarem pouco, esses minúsculos seres são responsáveis por manter o equilíbrio, não apenas no seu habitat, mas em todos os outros que também dependem do ecossistema aquático. 
Atuando como microrganismos decompositores, os fitoplânctons se alimentam justamente dos nutrientes presentes nos dejetos oriundos de matéria orgânica, podendo converte-los em algo de grande valor econômico, o biogás. Sem contar com a capacidade de evitar a poluição e consequentemente salvar o ecossistema de intoxicação. Junto aos produtores e consumidores, fazem parte de uma pirâmide imaginária, conhecida como pirâmide do equilíbrio, onde os produtores e decompositores ocupam a base da pirâmide, e os consumidores o topo. Seria impossível haver vida na terra sem esses organismos decompositores.
As microalgas possuem um certo tipo de pigmento, como a clorofila, ou outros pigmentos fotossintetizantes, e sistemas que são capazes de captar a energia solar, se alimentar de substâncias inorgânicas e transformá-las em energia química na forma de carboidratos ou outras moléculas orgânicas. Por isso, são nomeados de seres autótrofos. Elas possuem um importante e essencial papel para o bem-estar do ecossistema, a realização da fotossíntese, que se dá por conta da retirada de dióxido de carbono da atmosfera através de um processo químico, denominado fixação de CO2, necessitando apenas de água e energia, obtida a partir da luz solar. Após todo o processo de absorção do CO2, elas devolvem oxigênio para a atmosfera, servindo então como um tipo de “filtro natural”. Há vários estudos que apontam as microalgas como principais responsáveis pela retirada de dióxido de carbono da natureza, sendo então os verdadeiros pulmões da terra, levando em conta que 71% do planeta é coberto por água.
BIODIVERSIDADE 
As algas em geral são organismos fotossintetizantes que vivem na água ou em locais húmidos, e são divididos em macro e micro, onde as microalgas, são dificilmente vistas sem auxílio de microscópio. A maioria de seus filos está presente no reino protista, sendo organismos eucariontes e unicelulares. 
A cyanophyta é o único filo que pertence ao reino monera e protista ao mesmo tempo, por possuírem características das algas (sistema fotossintetizante), e das bactérias (célula procarionte). São microalgas de aparência azul esverdeada, e foram responsáveis pelo surgimento da vida eucarionte, e pela camada de ozônio do planeta, que é responsável por reter grande parte da radiação ultravioleta. Todos os outros filos fazem parte do reino protista: as chrysophytas (algas douradas), chlorophytas (algas verdes), cryptophytas (algas vermelhas) e euglenophytas, incluindo as macroalgas: phaeophytas (algas marrons).
De acordo com Bold and Wynne (1985), existe diversos esquemas taxonômicos (ondeos principais filos foram citados acima) com até 24 classes diferentes, e variando entre 25 - 40 mil espécies descritas até o atual momento. As principais classes cultivadas para fins comerciais, e que apresentam potencial para produção de biocombustível e biogás serão: a Cyanophyceae, Bacillariophyceae, Chrysophyceae e Chlorophyceae.
BIOCOMBUSTÍVEIS OBTIDOS ATRAVÉS DO CULTIVO DE MICROALGAS
Fornecer biocombustível suficiente para suprir a atual e futura demanda por fontes de energia a combustão, não é nada fácil, ainda mais quando se fala em substituir os derivados do petróleo num futuro próximo. Até o momento, utilizamos cosméticos, produtos de limpeza, borracha sintética, óleos lubrificantes, asfalto, tecidos, plástico, e principalmente combustível, todos estes derivados de uma única fonte, o petróleo. Porém, como foi visto anteriormente, a crise e o fim do mercado petroleiro está cada vez mais próxima. 
A corrida por busca de energias alternativas e menos agressivas ao homem e meio ambiente, vem se tornando mais comum a cada dia. Nesse sentido, as microalgas estão no topo quando se trata de bons resultados. Hoje em dia, estudos apontam que a biomassa obtida no cultivo de microalgas pode ser utilizada na produção de biocombustíveis. Mais rentáveis que as fontes de origem terrestre, esses microrganismos podem produzir energia de combustão tão eficiente quanto as demais e em quantidade suficiente, porém com uma vantagem: poluem bem menos que os demais biocombustíveis, e ainda podem ajudar na limpeza da atmosfera, sequestrando dióxido de carbono quando estiverem no processo de cultivo.
Biodiesel
O combustível vem do óleo produzido pelas microalgas durante o processo da fotossíntese. Para que o material seja coletado, é preciso que as plantas estejam concentradas em um mesmo local. Com o uso de um fotobiorreator possuindo “x” metros quadrados, que potencializa o processo e acelera a reprodução delas, é possível produzir uma certa quantidade em litros de óleo por dia.
Segundo o professor André Berlin, o combustível proveniente das algas são mais rentáveis que a soja (maior fonte de energia desse tipo hoje), pois, mesmo o processo sendo mais caro se comparado à produção de soja, as algas têm outras aplicações, como produção de pigmentos e medicamentos que também dão lucro
O uso de biocombustíveis de primeira geração tem gerado controvérsias, principalmente, devido ao seu impacto sobre os mercados globais de alimentos, especialmente nas regiões vulneráveis da economia mundial. Isso tem motivado questionamentos pertinentes sobre o potencial desses recursos como substituição dos combustíveis fósseis, e em relação à sustentabilidade da sua produção (MOORE, 2008). 
Processo de obtenção de biomassa para produção de biodiesel
O biodiesel pode ser obtido através de processos distintos, como o craqueamento, a esterificação ou pela transesterificação. A transesterificação é a mais utilizada, e seus reagentes podem ser óleos vegetais, gorduras animais ou residuais com álcool. As vantagens do uso de microalgas estão ligadas à sua fase de cultivo, já que não se precisa de muito, com a possibilidade de cultiva-las em terras improdutivas, como regiões desérticas, e com produtividade de óleo superior às demais formas de cultura. 
A parte das microalgas que podem ser extraídos e convertidos em biodiesel são seus ácidos graxos, uma alternativa energética renovável, biodegradável, não tóxica e ecologicamente aceitável. “Como organismos fotossintetizantes, as algas convertem água, dióxido de carbono (CO2) e luz em biomassa e oxigénio” Pereira et al (2011) sabendo-se disso, o cultivo das microalgas é realizado em sistemas abertos, nos quais, as culturas estão expostas, favorecendo o contato direto com a atmosfera; e também em sistemas fechados, em que esse contato não existe, ou é insignificante. Os principais sistemas de cultivo abertos são tanques retangulares e circulares, já os fechados, os mais comuns são do tipo coluna de bolhas e arranjos tubulares em espiral.
Geralmente as microalgas são cultivadas e desenvolvidas em fotobiorreatores, que após desenvolvidas, seguem para o processo de produção de biodiesel. Esses reatores são semelhantes a um tanque de vidro de tamanho variado e transparente, ou até mesmo, um conjunto de tubulações transparentes, para o cultivo de microalgas ao ar livre.
Novas tecnologias 
Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e da Universidade de São Paulo (USP), desenvolveram um fotobiorreator que possui uma membrana porosa utilizada para filtrar tudo aquilo que serve como alimento para as células da alga Chlorella vulgaris, substâncias como nitrato de sódio, fosfato, sulfato, micronutrientes e outros elementos inorgânicos. De acordo com a escolha da microalga e de sua composição nutricional, a membrana pode selecionar o tipo de biomassa que será obtido no final do processo: proteínas para ração animal, ácidos graxos essenciais, para aplicação nas indústrias alimentícia e farmacêutica, carboidratos usados na síntese de plásticos ou fertilizantes. 
O cultivo de microalgas como a Chlorella apresenta elevada produtividade em biomassa seca, com várias colheitas ao longo do ano. Como são organismos fotossintetizantes, elas podem transformar a energia provinda dos raios solares em energia química acumulada nas ligações que formam carboidratos, lipídios e proteínas.
Biogás
Por definição, é um gás combustível produzido a partir de CO2 e metano, gerado pela fermentação anaeróbica de matéria orgânica de origem vegetal ou animal. Também possui uma emissão de gases poluentes bem menores em comparação com a queima de combustíveis fósseis. Através de geradores, pode também podem ser transformados em energia elétrica.
A digestão anaeróbica transforma matéria orgânica em gás, produzindo principalmente metano e dióxido de carbono. No entanto, vem crescendo o interesse da utilização do bioprocesso anaeróbio para a produção de biogás. Comparado a outros biocombustíveis, o biogás apresenta uma vantagem, a de ser obtido a partir de processamentos biológicos de toda a parte orgânica da microalga. A digestão anaeróbia, comparada a outros processos de produção de biocombustíveis, é operacionalmente mais simples e dispensa a secagem e o pré- tratamento químico da matéria-prima, com menor gasto energético e menor geração de resíduos. 
Apesar do alto ganho ambiental que os biocombustíveis oferecem, o processo de produção de biodiesel a partir de microalgas gera um excesso de biomassa em função de sua elevada taxa de reprodução em condições ideais de temperatura e aporte de nutrientes. Esta biomassa residual precisa ser reutilizada ou descartada de forma adequada no ambiente. Do contrário, o mesmo processo que visa reduzir a poluição atmosférica pode ser responsável por poluir solos e corpos hídricos, transferindo o problema de um compartimento ambiental para outro (GOLUEKE et al., 1957)
É então, uma forma de evitar o descarte direto de resíduos microalgal no ambiente, sendo todo ele reaproveitado para geração de energia na forma de metano, através da digestão anaeróbia. A utilização desse tipo de fonte energética é favorável para a contribuir para a questão do lixo, uma vez que os resíduos orgânicos são as matérias-primas.
 
CONCLUSÃO
Diante do atual mercado, somos obrigados a correr atrás de novas fontes de energia, pelo constante aumento na demanda. Porém, também pela atual situação do planeta, essas novas fontes de energia necessitam de serem limpas e renováveis. 
No trabalho pode-se ver um pouco da utilização de um dos principais organismos existentes no mundo, responsáveis por manter o equilíbrio na natureza, demonstrado todo o processo por trás de seu cultivo, assim como suas principais utilizações em forma de energia.
Ao fim de toda a leitura, podemos ver as diversas vantagens de se utilizar energia obtida das microalgas, que é limpa, não trazendo problemas prejudiciais para o meio ambiente, e também, a importância de ser uma fonte renovável, pelo o fato da demandaser constante. Então se torna lógico a grande importância das algas para a sociedade e meio ambiente.
REFERÊNNCIAS
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