CULTIVO DE MICROALGAS PARA A BIOFIXAÇÃO DE CO2 E OBTENÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS Lorena

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CULTIVO DE MICROALGAS PARA A BIOFIXAÇÃO DE CO2 E 
OBTENÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS 
 
 
Elisângela M. Radmann, Adriano A. Henrard, Ana Priscila C. da Rosa, Michele da R. 
Andrade, Michele G. de Morais, Roque L. Zílio, Jorge Alberto V. Costa* 
Universidade Federal do Rio Grande – FURG, Escola de Química e Alimentos, Laboratório de 
Engenharia Bioquímica, Caixa Postal 474, CEP 96201-460, Rio Grande – RS. 
*E-mail: jorgealbertovc@terra.com.br 
 
 
RESUMO 
 
A atividade industrial e a geração de energia em termelétricas lançam, anualmente, na atmosfera, cerca de 
20 bilhões de toneladas de CO2. Dentre as várias alternativas para captura e utilização de CO2 está o 
emprego de microalgas. As microalgas apresentam maior eficiência fotossintética que os vegetais 
superiores e podem ser cultivadas em meio salino simples; além disso, são eficientes fixadoras de CO2. 
No município de Candiota, localizado no estado do Rio Grande do Sul a Companhia de Geração Térmica 
de Energia Elétrica ELETROBRÁS - CGTEE, propõem-se a colaborar com a redução de emissão de 
gases para a atmosfera e obtenção de biocombustíveis a partir de microalgas. Esta usina, amparada pela 
diretriz estratégica de desenvolver tecnologias capazes de sustentar o uso do carvão mineral como fonte 
de energia, em 2004, firmou uma parceria com o Laboratório de Engenharia Bioquímica – LEB da 
Universidade Federal do Rio Grande – FURG, para desenvolvimento de tecnologia para biofixação de 
CO2, originado da combustão do carvão mineral, por microalgas. Com este convênio foram isoladas 
diferentes cepas de microalgas nativas de lagoas próximas à CGTEE apresentando alta tolerância aos 
gases emitidos. Estas microalgas foram estudadas em escala laboratorial quanto à biofixação de CO2. 
Após foi colocada em operação a Planta Piloto de Biofixação de CO2 por microalgas, em biorreatores 
abertos tipo raceway com volume de 18 m
3
. Em 2008, através de mais uma parceria entre o LEB e a 
ELETROBRÁS – CGTEE deu-se início ao projeto Aqüicultura de microalgas para a biofixação do gás 
carbônico gerado na queima do carvão e co-geração de biodiesel e bioprodutos de alto valor agregado. No 
presente trabalho foram estudadas as microalgas Spirulina sp. LEB-18 e Scenedesmus obliquus LEB-22 
com gás de combustão da queima de carvão da Usina Termelétrica Presidente Médici. 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: biofixação; dióxido de carbono; gás de combustão; Scenedesmus; Spirulina. 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A queima de combustíveis fósseis em plantas de energia, principalmente 
carvão, está entre as fontes industriais que têm provocado alterações da qualidade 
ambiental em determinadas áreas. Além de CO2, essas plantas emitem outros gases que 
causam prejuízo ao meio ambiente, como SOx e NOx a elevadas temperaturas. 
A Usina Termelétrica Presidente Médici (UTPM), operada pela CGTEE - 
Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica, instalada no sul do Brasil possui 
capacidade de geração de 446 MW.h (Migliavacca e outros, 2005). 
As estimativas de CO2 emitido pela UTPM no período de 1998 e 2002, 
utilizando a metodologia aprovada pelo IPCC (Intergovernmental Panel on Climate 
Change), chegaram em média a 2.233.828 ton/ano, o que equivale a uma emissão 
específica da ordem de 1,41 ton de CO2/MW.h (Lee e outros, 2002). O gás de 
combustão emitido na UTPM é composto por aproximadamente 12% de CO2, 2000 - 
2500 ppm de SOX, 300 - 500 ppm de NOX. A sustentabilidade da utilização do carvão 
está vinculada à redução das emissões de gases originados de sua queima, como o 
dióxido de carbono (CO2), e os óxidos de enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx) 
(Siegenthaler e outros, 2005). 
A alteração do cenário atual passa pelo desenvolvimento de processos 
limpos que resultem na captura e seqüestro de CO2. Dentre as alternativas para fixação 
de CO2, uma abordagem interessante é a utilização de microalgas. Dentre todos os 
organismos fotossintéticos e autotróficos, capazes de remover CO2 de correntes gasosas, 
as microalgas são o grupo que suportam até 50% de CO2, bem como a presença de 
outros compostos como NO e SO2 (Radmann e outros, 2011; Morais e Costa, 2008; Lee 
e outros, 2002). 
O objetivo deste trabalho foi utilizar gás de combustão da Usina 
Termelétrica Presidente Médici, para o cultivo das microalgas Spirulina sp. LEB-18 e 
Scenedesmus obliquus LEB-22, determinando suas características cinéticas e 
capacidade de fixação de CO2. 
 
2. MATERIAL E MÉTODOS 
 
2.1. Micro-organismos e meio de cultivo 
 
As microalgas utilizadas neste estudo foram Spirulina sp. LEB-18, isolada da 
Lagoa Mangueira localizada no extremo sul do Brasil, latitude 33
o
 30’ 13”S e longitude 
53
o
 08’ 59”W (Morais e outros, 2008), e Scenedesmus obliquus LEB-22, isolada da 
lagoa de estabilização na Usina Termelétrica Presidente Médici – UTPM no extremo 
Sul do Brasil, latitude 24º36’13’’S e longitude 52º32’43’’W (Morais e Costa, 2007). As 
microalgas Spirulina sp. LEB-18 e S. obliquus LEB-22 foram mantidas em meio 
Zarrouk (Zarrouk, 1966) e meio MC (Watanabe, 1960), respectivamente. 
Nos ensaios de Spirulina sp. LEB-18, onde foi utilizado meio Zarrouk (Zarrouk, 
1966) a fonte de carbono original (NaHCO3) foi substituída por CO2 contido no gás de 
combustão obtido da queima do carvão na UTPM. Também foram realizados 
experimentos controles onde o meio de cultivo foi mantido sem alteração. 
 
2.2. Condições de Cultivo 
 
As microalgas Spirulina sp. LEB-18 e S. obliquus LEB-22 foram cultivadas em 
biorreatores do tipo raceway (FBR) construídos de acrílico, com volume útil de 5 L, 
agitados por pás rotativas a 18 rpm. Os experimentos foram mantidos em câmara à 
temperatura ambiente durante 40 d, com intensidade luminosa de 2500 Lux promovida 
por lâmpadas fluorescentes de 40W e fotoperíodo de 12h claro/escuro. A concentração 
de biomassa inicial dos cultivos foi 0,15 g.L
-1
 (Radmann e outros, 2008). A evaporação 
foi compensada pela reposição diária de água destilada. 
 
2.3. Gás de combustão obtido da queima do carvão 
 
O gás de combustão oriundo da queima do carvão mineral contendo 10,2% de 
CO2, 654 ppm de CO e 87 ppm de NOX foi coletado diariamente, sendo comprimido e 
armazenado em cilindros industriais para injeção nos cultivos. 
Antes da injeção do gás de combustão nos biorreatores, a corrente gasosa passou 
por uma coluna de H2O2 (10% v/v), para remoção de SO2 (Colle e outros, 2005). O gás 
de combustão foi injetado nos meios de cultivos através de aspersores, distribuídos 
uniformemente na base do fotobiorreator e, sua injeção foi realizada durante 15 min a 
cada 2 h durante as 12 h de fotoperíodo claro. 
2.4. Determinações Analíticas 
 
A concentração de biomassa (X, g.L
-1
) foi determinada a cada 24 h, a partir da 
leitura da densidade ótica em espectrofotômetro a 670 nm. Foram realizadas medidas de 
pH e acompanhamento das temperaturas máximas e mínimas dos cultivos. A cada 3 d 
foi determinada a alcalinidade do meio de cultivo (APHA, 1998). Com os dados de pH 
e alcalinidade foram calculados as concentrações de CO2, HCO3
-
 e CO3
-2
 dissolvidos no 
meio (Carmouze, 1994). Todas as análises foram realizadas em triplicata. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Diversos compostos presentes no gás de combustão podem afetar a 
eficiência do processo de biofixação, além de apresentar potencialidade tóxica ao 
cultivo de microalgas. A concentração de CO nos cultivos microalgais realizados 
utilizando gás de combustão da UTPM variou entre 507 a 703 ppm. As concentrações 
de NO e NOx foram de 84 e 87 ppm, respectivamente. Para a microalga Spirulina sp. 
LEB-18 a presença de gás de combustão no meio de cultivo, proporcionou aumento 
(p>0,05) de 35,7% na concentração de biomassa,apresentando máximo de 0,78 g.L
-1
 
(Fig. 1). 
Lodi e outros (2003) utilizando CO2 como fonte de carbono para o cultivo 
de Spirulina sp. obtiveram 1,50 g.L
-1
 de biomassa. A maior concentração celular obtida 
por Lodi e outros (2003) se deve a utilização de CO2 sintético livre dos demais 
componentes do gás de combustão real. 
Neste estudo a microalga S. obliquus LEB-22 não registrou aumento das 
concentrações de biomassa, tanto nos experimentos contendo gás de combustão quanto 
no controle (Fig. 1). Diversos estudos apontam que a microalga S. obliquus se 
desenvolve na presença de gases de combustão. Radmann e Costa (2007), durante 
experimentos para avaliar a fixação de CO2 na presença de NO e SO2, registraram 
concentrações máximas de Scenedesmus obliquus 0,81 g.L
-1
. 
Estudos mostram que S. obliquus pode ser cultivada em concentrações de 
50% de CO2 (Karube, 1995; Hanagata e outros, 1992) e 300 ppm de NO (Jin e outros, 
2008). Segundo Morais e Costa (2008), a microalga Scenedesmus obliquus LEB-22 
removeu 27,1% de NO em cultivo contendo 6,0% de CO2. 
Radmann e Costa (2007) relatam que a microalga Scenedesmus suporta 
temperaturas entre 20 e 38C, sendo ótimo de 35ºC para o crescimento. A temperatura 
dos cultivos realizados na UTPM variou entre 14C e 28 C, sendo estes valores típicos 
da estação de primavera do sul do Brasil. Como em estudos anteriores (Morais e Costa, 
2008) verificou-se que o crescimento a microalga Scenedesmus obliquus LEB-22 não 
foi prejudicado pela adição de gases de combustão, acredita-se que as baixas 
temperaturas em que os cultivos foram expostos causaram inibição no crescimento da 
microalga nestes experimentos. 
Segundo Torzillo e Vonshak (1994), a redução da temperatura do cultivo 
diminui a atividade fotossintética, prejudicando a fixação de CO2. Porém, a biomassa 
obtida em cultivos em temperaturas abaixo de 35C possui maiores teores de compostos 
fenólicos (Colla e outros, 2007) e ácidos graxos insaturados, como 3 e 6. 
 
 
Figura 1 - Concentração de biomassa das microalgas Spirulina sp. LEB-18 com gás de 
combustão (♦) e meio Zarrouk (◊); e S. obliquus LEB-22 com gás de combustão (●) e 
com meio MC (○) ao longo do tempo de cultivo. 
 
A Spirulina sp. LEB-18 apresentou velocidade específica máxima de 
crescimento (µmax) de 0,026 d
-1
 na presença de gás de combustão e de 0,017 d
-1 
para o 
experimento controle. Comparando-se os valores nas diferentes condições 
experimentais, o gás de combustão aumentou a velocidade de crescimento da microalga 
Spirulina sp. LEB-18 em 34,6%. Morais e Costa (2007) obtiveram µmax 0,28 d
-1
, com o 
cultivo de Spirulina sp. LEB-18 injetando 12% (v/v) de CO2. 
Para S. obliquus LEB-22 foram obtidas µmax de 0,016 e 0,013 d
-1
 para os 
experimentos controle e com gás de combustão, respectivamente. Radmann e Costa 
(2007) constataram velocidades específicas máximas de crescimento entre 0,04 e 0,18 d
-
1
, em cultivos de S. obliquus LEB-22 com adição de CO2, NO e SO2 sintéticos no meio. 
Na Figura 2a são apresentadas as variações da produtividade dos cultivos de 
Spirulina sp. LEB-18 e S. obliquus LEB-22, nas diferentes condições ensaiadas. 
Durante os 40 dias de cultivo, a microalga Spirulina LEB-18 apresentou produtividades 
superiores quando houve adição de gás de combustão, com máximo alcançando 1,13 ± 
0,09 g.m
-2
.d
-1
. 
O experimento controle apresentou produtividade média de 0,77 ± 0,10 g.m
-
2
.d
-1
. Para S. obliquus LEB-22 foram determinados valores inferiores para a 
produtividade, registrando-se para o experimento controle 0,49 g.m
-2
.d
-1
 e com gás de 
combustão 0,16 g.m
-2
.d
-1
. 
A eficiência de biofixação (F) de CO2 durante os cultivos de Spirulina LEB-
18 e S. obliquus LEB-22 são apresentadas na Figura 2b. A máxima taxa de fixação para 
a microalga Spirulina LEB-18 foi 5,66 %. A microalga S. obliquus LEB-22 apresentou 
taxa de fixação média de 0,86 ± 0,56 %. 
 
 
Figura 2 - (a) Produtividade (P) e para as microalgas Spirulina sp. LEB-18 com gás de 
combustão (♦) e meio Zarrouk (◊); e S. obliquus LEB-22 com gás de combustão (●) e 
com meio MC (○) ao longo do tempo de cultivo, e (b) fixação de CO2 (F) para as 
microalgas Spirulina sp. LEB-18 (♦) e S. obliquus LEB-22 (●) com gás de combustão 
 
Yun e outros (1997) obteve taxa de fixação de CO2 0,62 gCO2.L
-1
.d
-1
 em testes 
com a microalga Chlorella vulgaris com adição de 15% (v/v) de gás. Diferentes fatores 
influenciam a taxa de fixação de CO2. Cheng e outros (2006) adicionaram módulo de 
membranas para auxiliar a dispersão do gás (1%, v/v) no meio de cultivo, registrando 
aumento na eficiência de biofixação de 2 para 20% (v/v). Segundo Doucha e outros 
(2005) para produção de 1 kg de biomassa de Chlorella sp. são necessários a injeção de 
4,4 kg de CO2, originado da queima de gás natural. 
 
4. CONCLUSÕES 
 
O uso de gás de combustão da UTPM incrementou em 35,0 % a produção 
de biomassa ao final do cultivo de Spirulina sp. LEB-18, com redução de 24,2% da 
concentração de CO2 do gás de combustão, sendo biofixado 5,7% do CO2 para o 
crescimento das microalgas. A biomassa final das microalgas S. obliquus LEB-22 e 
Spirulina LEB-18 cultivadas com gás de combustão apresentou 6,2 e 4,8% de lipídios, e 
40,6 e 46,8% de proteínas, respectivamente. Os resultados mostram que as microalgas 
podem ser cultivadas em plantas de energia elétrica para biofixar o CO2 proveniente do 
gás de combustão de carvão e contribuir para redução do aquecimento global. 
 
5. AGRADECIMENTOS 
 
Os autores agradecem a ELETROBRÁS – Centrais Elétricas Brasileiras 
S.A. e CGTEE – Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica pelo apoio 
financeiro para a realização desse trabalho. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
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