We work physically close

Microalgas são organismos unicelulares que possuem relevada eficiência de conversão da luz solar em biomassa. Elas são encontradas nos mais diversos ecossistemas aquáticos, apresentando uma grande diversidade biológica. Devido a características peculiares de cada espécie, o sistema de cultivo de microalgas deve ser realizado, observando-se o meio mais adequado para o cultivo de determinada espécie. Os sistemas de cultivo mais empregados são os fotobiorreatores e as piscinas de produção.

No projeto de sistemas de cultivo o principal parâmetro a ser considerado é a distribuição de radiação e CO2 no interior do meio de cultivo, que deve ser a mais uniforme possível. Para isso devem ser levados em conta aspectos físicoquímicos, fluidodinâmicos e biológicos, bem como selecionadas e dimensionadas as operações de pré e pós-processamento da biomassa algal [32]. O cultivo de microalgas apresenta uma série de vantagens do ponto de vista técnico e econômico quando comparado com as culturas de vegetais superiores: custos potencialmente mais baixos, maior eficiência fotossintética e maior capacidade de fixação de CO2. Outras características interessantes são a possibilidade de uso de terras de baixo valor econômico e de água salobra, imprestável para culturas convencionais. Além disso, pode ser usado como meio de cultivo, efluentes industriais ricos em matéria orgânica[54][55]_.

Algumas propriedades são desejáveis em microalgas cultivadas com a finalidade de fixação do CO2, tais como: tolerância a altas variações de temperatura e salinidades, resistência à fotoinibição, elevada taxa de crescimento, boa eficiência fotossintética, grande volume celular, resistência a organismos patológicos e predatórios, não produção de metabólitos tóxicos, não aderência às paredes do reator, tolerância a altas concentrações de CO2 e existência de princípios ativos de alto valor comercial [56] [57].

Sob o ponto de vista metodológico, a produção de biomassa a partir de microalgas pode ser dividida em três etapas: (a) cultivo, (b) separação da dispersão de microalgas e (c) secagem.

Durante a etapa de crescimento, a população de algas cresce até que a densidade de células atinja o valor de saturação (taxa de crescimento aproximadamente igual a taxa de mortalidade). A produtividade (medida como peso da biomassa por unidade de área por unidade de tempo) e a composição das microalgas dependem das condições de operação do sistema de cultivo: pH, temperatura, salinidade, disponibilidade de nutrientes e CO2, aeração e taxa de insolação.

A separação da biomassa formada do meio extracelular, composto principalmente de água, é uma etapa tecnicamente difícil. As operações normalmente utilizadas nessa etapa, tais como centrifugação e microfiltração, são procedimentos de alto custo, o que limita a possibilidade de viabilidade econômica do processo. Alternativas mais baratas podem, no entanto, ser utilizadas tais como a autofloculação ou a floculação eletromagnética.

Após separada do meio aquoso a “pasta” de biomassa tem ainda um teor de umidade muito alto para as condições de armazenamento do produto. Para a secagem da biomassa, os processos mais eficientes são o spray dry e a liofilização, entretanto, o uso de energia solar é extremamente desejável. No processo de spray

dry a pasta é transformada em um jato disperso, que passa em contracorrente com o ar quente e seco, perdendo assim toda sua umidade. Estes sistemas são, no entanto, muito caros, podendo ser substituídos por outros economicamente mais viáveis, tais como processos que utilizam energia solar e eólica.

Os fotobiorreatores consistem em sistemas fechados providos de iluminação artificial e com a possibilidade de controle e automação das condições de operação. Estes sistemas permitem um melhor uso do espaço vertical, aumentando a área sujeita à iluminação e reduzindo o footprint do sistema. Essas condições possibilitam o emprego de culturas com alta densidade celular, o que acarreta uma maior produtividade. Os fotobiorreatores atingem taxas de produção de até 5 g de biomassa por litro por dia, enquanto a produtividade média de piscinas é de cerca de 92 % menor[58].

Em todo o mundo, o esforço de desenvolvimento de fotobiorreatores está em fase de pesquisa, sendo ainda muito pouco utilizados em escala industrial. Alguns poucos exemplos de fotobiorreatores em operação comercial, são o sistema tubular da Mera Pharmaceuticals [59] para a produção de astaxantina, a partir do

a produção de óleos vegetais, como matéria prima do biodiesel, no Texas, Estados Unidos.

As pesquisas nessa área indicam a possibilidade de utilização dos fotobiorreatores para o cultivo de microalgas em escala comercial, numa perspectiva de médio a longo prazo. A Figura 2 mostra exemplos da utilização industrial bem sucedida de piscinas de produção, em Israel e de fotobiorreatores, na Alemanha.

Figura 2 – Aplicações industriais de Piscinas de Produção em Israel (à esquerda) e Fotobiorreatores na Alemanha (à direita).

Fonte: Ben-Amotz, Seambiotic, NASA, 2008 (esq.); Steinberg, Roquette Gmbh, Klötze, Germany 1999 (dir.).

As principais microalgas cultivadas comercialmente e os princípios ativos obtidos são mostrados na tabela 6.

Tabela 6 – Principais microalgas cultivadas comercialmente e os princípios ativos obtidos.

Microalga Gênero Princípio Ativo

Chlorella Arthrospira

Chlorophyceae

Cyanophyceae Suplementos alimentares Dunaliella Salina

Haematococcus pluvialis

Chlorophyceae Betacaroteno Astaxantina

Chaetoceros spp. Isochrysis spp. Rhodomonas spp. Tetraselmis spp. Arthrospira spp. Bacillaricophycea Haptophycea Cryptophycea Prasinophycea Cyanophycea Ração na aquicultura Isochrysis spp. Phaeodactylum tricornutum Chlorophycea

Bacillariophycea PUFA das famílias Ômega-3 e Ômega-6 Crypthecodinium cohnii Dinophycea

Porphyridium cruentum Rhodophycea

Fonte : Borges, F. C.; UFRGS, 2010.

Os parâmetros mais importantes que regulam o crescimento das microalgas são: quantidade e qualidade de nutrientes, luz, pH, aeração, salinidade e temperatura [60][61][62]. Os valores ótimos dos parâmetros, bem como os intervalos de tolerância para uma espécie específica são apresentados na tabela 7.

Tabela 7 _{– Intervalos de tolerância e valores ótimos dos parâmetros de cultivo} de microalgas.

Parâmetros Intervalo Valor Ótimo

Temperatura 16-27 18-24

Salinidade 12-40 20-24

Intensidade de luz (lux) 1.000-10.000

(depende do volume e densidade)

2.500-5.000

Fotoperíodo (claro, escuro, horas) 16:8 (mínimo)

24:0 (máximo)

Ph 7-9 8,2-8,7

Fonte : Coutteau, P.; LAARC, Univ. of Gent, Belgium, 1996.

4.2 Ciclo Combinado a Gás Natural (Natural Gas Combined Cicle -