Aula 2 Matérias primas Microalgas MP

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Biodiesel
 Matérias –primas
Microalgas
Profa. Yordanka Reyes Cruz
Produção de Biocombustíveis 
Para Motores Diesel e Turbinas Aeronáuticas
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MICROALGAS
 Biorremediação;
 Alimentação de peixes marinhos e na aqüicultura de moluscos;
 Indústrias alimentícia, química e farmacêutica;
 Extratos específicos, como por exemplo os carotenóides;
 Seqüestram eficientemente o CO2, contribuindo para a redução dos GEE.
As microalgas podem conter entre 15 a 85 % de lipídeos 
 Maior produtividade de óleo/hectare.ano que as oleaginosas convencionais: 
 *Palma de óleo  5000 litros/ha.ano
 *Microalgas  + de 10.000 litros/ha.ano
 Menor dependência de variações sazonais e requer menos água doce;
 Podem ser cultivadas em terras impróprias para a agricultura usando águas salobras ou salinas;
Biodiesel!!!
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As microalgas são os organismos fotossintetizantes mais eficazes da biosfera
Organismos:
Unicelulares
Fotoheterotróficos
- Microscópicos
- Pigmentados
Matéria Orgânica
- Grande Diversidade, 50.000 espécies no mundo
CO2 
Lipídeos
MICROALGAS
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A: Fotossíntese e destino da glicose dentro da célula.
B: Diferenças entre os metabolismos heterotrófico, autotrófico e mixotrófico. 
METABOLISMOS DAS MICROALGAS
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Comparação de algumas fontes de matéria – prima para biodiesel
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Conteúdo de óleo de algumas microalgas
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Microalgas - GreenTec
F/2 modificado 
Dunaliella tertiolecta
Ankistrodesmus sp. (ANRF-01) 
ASM-1 
Scenedesmus sp. (SIB 01) 
Monoraphidium sp. (MORF-1) 
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Macroetapas de produção de biodiesel a partir de microalgas
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Esquema conceitual para a produção de biodiesel a partir de microalgas
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Cultivo de microalgas
Scalling up do cultivo 
20 litros
80 litros
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Sistemas de Cultivo
Lagoas 
Tipo Raceway
Lagos e Lagoas 
Naturais
Sistemas 
Inclinados
Lagoas 
Circulares 
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Cultura de Choricystis minor var. minor
Sistemas de Cultivo
Raceway
Planta Piloto de Cultivo de Algas da UFSC
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Cultura de Monoraphidium sp.
Sistemas de Cultivo
Raceway
Planta Piloto de Cultivo de Algas da UFRN
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Sistema de Cultivo Aberto
Cultivador de Filme Descendente
GreenTec/EQ/UFRJ
Bomba de diafragma pneumática
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Sistema de Cultivo Aberto
Cutivador de Filme Descendente
Usina Grand Valle Bio Energia / Porto Real
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Sistemas de Cultivo Abertos 
(tipo “open ponds”)
Problemas de contaminação e conseqüente menor produtividade em relação aos Fotobiorreatores;
Elevado consumo de água por conceito de reposição;
Deficiente penetração do feixe luminoso na “zona oticamente escura”.
Vantagens
Desvantagens
Construídos de materiais baratos;
Simples operação, manutenção e limpeza.
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Sistemas de Cultivo
Fotobiorreatores em feixe de tudos (Manifold)
Fotobiorreatores Planos
Fotobiorreatores Tubulares (serpentina)
Cilindros 
Verticais
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Sistema de Cultivo Fechado
 Estação Experimental 
Las Palmerillas/Espanha
Universidade de Almería
Tubos distribuídos horizontalmente
Tubos distribuídos verticalmente
Bolsas Plásticas
Cilindros Verticais
Inóculo
Bolsas Plásticas
Placas planas
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Volume útil: 2,4m3
Área útil : 30m2 (cerca de 50m2 para a instalação)
Tubos do colector de 10cm de diâmetro e comprimento total de 100m
Produtividade máxima teórica de 2kg de biomassa seca por dia
Sensores: pH; pO2; condutividade; O.D./turbidêz; temperatura; CO2 dissolvido
Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator Tubular
 Estação Experimental – Jaboticabal/SP
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Bomba centrífuga danificou as células e a concentração chegou à zero após três dias.
Bomba helicoidal de deslocamento positivo, modelo monofuso sanitária WHS 32
Dunaliella tertiolecta
Temperaturas no interior do PBR chegaram a mais de 43 ºC
Sistema de resfriamento automático termopar tipo TT100, serpentina de aço inoxidável submersa no cultivo
Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator de Janela
 GreenTec/EQ/UFRJ
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Teste de monitoramento de absorção de CO2 em fotobiorreator fechado tipo janela 
Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator de Janela
 GreenTec/EQ/UFRJ
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Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator de Janela
 GreenTec/EQ/UFRJ
Teste de monitoramento de absorção de CO2 em fotobiorreator fechado tipo janela 
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Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator de Janela
 GreenTec/EQ/UFRJ
Painel de 
Controle
Rotâmetro
Cilindro CO2 99,95%, P= 1,5 Kgf/cm2
pHmetro
Válvula Solenoide
Controle de fluxo 1L/min
Leitura
pH>8
Sistema de injeção de CO2 em fotobiorreator fechado tipo janela 
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Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator de Janela
 GreenTec/EQ/UFRJ
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A produtividade que estamos obtendo atualmente nesse sistema equivale a cerca de 300 mil ton de biomassa seca/ha.ano. Com 20% de lipídeos
Mais de 100 vezes mais lipídeos que a soja ! 
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Dia 1
Dia 2
Dia 3 – às 8h
Dia 3 – às 14h
A Biomassa triplica a concentração a cada 24 horas...
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Sistemas de Cultivo Fechados
Fotobiorreatores
Materiais Transparentes: Caros!!!
 Vidro: US$ 150/m2;
 Policarbonato: US$ 200/m2.
Mais caros que:
 Aço Inoxidável, Polietileno e PVC.
Difícil limpeza e Manutenção;
Materiais pouco duráveis.
Vantagens
Desvantagens
Elevada produtividade de biomassa em relação aos sistemas abertos;
Controle dos parâmetros operacionais de cultivo: pH e temperatura;
Menor contaminação e conseqüentemente melhor qualidade de biomassa;
Pode ser utilizado em projetos de seqüestro de CO2, contribuindo assim para a redução dos GEE
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PBR com concentrador solar
Lente de Fresnel 
Sistema de Cultivo Fechado
Fotobiorreator não transparente
Lente de Fresnel
Fibras ópticas plásticas (POF)
Tanque Opaco
Conceito
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Fibras Ópticas (POF)
POF: Polimetacrilato de metila (PMMA)
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PBR – Iluminação interna através de 
Fibras Ópticas
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Arranjo das Fibras Ópticas (POF)
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Arranjo das Fibras Ópticas (POF)
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Rastreador de Luz Solar
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PBR – Tanque de 30 litros
PBR – Iluminação por Leds
PBR – Iluminação luz solar
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PBR – Tanque de 30 litros
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Detalhes do Rastreador Solar
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Detalhes do Cultivador
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Estudo comparativo 
Fotobiorreator fechado transparente
Fotobiorreator fechado não transparente
com iluminação interna através de POFs.
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Controle do Crescimento
Crescimento microbiano: condições químicas e físicas específicas
Concentração de substrato, outros fatores limitantes ou metabolitos tóxicos acumulam  taxa de crescimento 
Fase de crescimento  produção de metabólitos secundários
Enquanto existe consumo de material de armazenamento  organismo permanece viável
Energia p/ a manutenção da célula não é produzida  morte da célula
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Contagem de Células
Peso Seco
Turbidez
Mod. DM TU – Digimed
Microscópio ótico (modelo Olympus SC30 e câmara de Fuchs-Rosenthal)
Metodologia definida pelo CENPES/Petrobras
*Desconta o teor de cinzas
Controle do Crescimento
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Controle do Crescimento
Teor de Umidade
Perfil Lipídico
Teor Lipídico
Lipídeos totais  Bligh & Dyer
Lipídeos convertíves à biodiesel  Ratzlaff
Evaporação da água presente
Metanólise e análise CG  YOO et al. (2010)
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Tecnologias para concentrar a biomassa de microalgas
FLOCULAÇÃO
MICROFILTRAÇÃO TANGENCIAL
CENTRIFUGAÇÃO
Concentração de biomassa 
de microalgas
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Capacidade: 1.000 litros c/u
Concentração de biomassa
Floculação
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Sistema de microfiltração submersa para concentração da biomassa
4,5 m2 de membrana
20 L/h m2 
(90 L/h)
Concentração de biomassa
Sistema de Microfiltração submersa
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Centrifuga Contínua 
GEA Westfalia 
Capacidade: 400 – 500 L/h
Concentração de biomassa
Sistema de Centrifugação
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Scenedesmus sp. SCIB-1 
Cultivada Fotobiorreator Janela
Microfiltrada e Centrifugada 
Chlamydomonas sp.
Cultivada no Race-way Natal/RN
Floculada e CentrifugadaMonoraphidium sp. (MORF-1)
Cultivo Fotobiorreator Janela
Microfiltrada e Centrifugada 
Ankistrodesmus sp. (ANRF-01)
Cultivo Fotobiorreator Janela
Microfiltrada e Centrifugada 
Biomassa de microalgas concentrada
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Biomassa úmida de 
Monoraphidium sp. (MORF-1) 
Biomassa úmida de 
Chlamydomonas sp.
Biomassa de microalgas concentrada