Carbon4Desulf - Estudos fisiológicos e genéticos da assimilação da fonte de carbono em Gordonia alkanivorans estirpe 1B no processo de biodessulfurização de combustíveis fósseis

resumo

A crescente utilização de combustíveis fósseis aumentou a emissão de óxidos de enxofre para a atmosfera, os quais são um dos principais causadores das chuvas ácidas. A legislação aprovada regulamenta actualmente 10 ppm o nível máximo de enxofre permitido nos combustíveis. O processo de hidrodessulfurização (HDS) utilizado nas refinarias, para além de ser muito dispendioso, apresenta também limitações na remoção do enxofre orgânico. Quanto mais estrita for a legislação sobre os níveis máximos de enxofre nos combustíveis fósseis mais compostos recalcitrantes à HDS é necessário remover.

Isto implica um aumento da intensidade do tratamento físico-químico, e consequentemente dos seus custos. Como resultado, os compostos recalcitrantes à HDS representam uma barreira significativa para a obtenção de níveis de enxofre muito baixos nalgumas fracções petrolíferas. Diversas entidades governamentais e companhias petrolíferas já reconheceram a dificuldade de cumprir as regulamentações ambientais de uma maneira eficiente e económica usando a tecnologia convencional, uma vez que a tecnologia de HDS profunda é extremamente dispendiosa de construir e operar. Por isso, é muito importante o estudo de novos processos de dessulfurização que possam, de alguma maneira, substituir ou complementar a HDS.

A dessulfurização biológica poderá ser uma dessas tecnologias a implementar nos próximos anos pela indústria petrolífera. A biodessulfurização (BDS) envolve condições de processo mais suaves, sob condições de pressão atmosférica e temperatura ambiente, apresentando maior especificidade de reacção devido à natureza dos biocatalisadores, não requerendo hidrogénio molecular e permitindo a manutenção no processo de níveis baixos de emissões de CO2. Deste modo, nos últimos vinte anos tem-se verificado um aumento dos estudos envolvendo a utilização de microrganismos com a capacidade de remover especificamente o enxofre deste tipo de compostos.

Num trabalho anterior, foi isolada, seleccionada e identificada uma bactéria, Gordonia alkanivorans estirpe 1B, a partir de solos contaminados por hidrocarbonetos, que demonstrou uma boa capacidade de dessulfurização de dibenzotiofeno (DBT), o composto modelo mais utilizado. Estudos de biologia molecular permitiram concluir que esta bactéria utiliza a via metabólica 4S, cuja principal vantagem é a de não envolver a diminuição do potencial energético do composto dessulfurizado.

A aplicação industrial da BDS depende do custo inerente à produção de biocatalisadores, o qual é ainda muito elevado para permitir que este processo seja economicamente viável. O estudo de fontes alternativas de nutrientes, resultantes de resíduos e sub-produtos agro-industriais, pode ser uma das estratégias para reduzir esses custos. Resultados obtidos com um hidrolisado de lamas da reciclagem de papel demonstraram a sua potencialidade como fonte de nutrientes para a dessulfurização de DBT por G. alkanivorans estirpe 1B, apresentando uma eficiência semelhante à obtida no meio de cultura convencional com glucose comercial. Até ao momento, em todos os trabalhos publicados com esta estirpe, foi utilizada glucose como fonte de carbono. Recentemente, verificou-se que quando é utilizada frutose, a estirpe 1B apresenta melhor crescimento e taxa de dessulfurização do que com glucose. A utilização de frutose em trabalhos de biodessulfurização é um tema pouco estudado, sendo deste modo bastante interessante em termos científicos. Além disso existem várias fontes alternativas de nutrientes contendo elevadas concentrações deste açúcar (ex. melaços e xarope de alfarroba).

O objectivo principal deste projecto será o estudo do potencial de dessulfurização de combustíveis reais pela estirpe 1B recorrendo a fontes de carbono mais baratas e verificar a viabilidade técnico-económica deste processo. Tendo em conta este objectivo principal, será estudado o efeito da frutose no crescimento e na capacidade de dessulfurização da estirpe 1B, e serão comparadas as cinéticas correspondentes com os valores obtidos em glucose. Serão avaliadas várias fontes de carbono menos dispendiosas, nomeadamente as que contêm elevadas concentrações de frutose, de modo a seleccionar a mais adequada. Será dada especial atenção ao estudo fisiológico e genético associado ao mecanismo do transporte de açúcares nas células da estirpe 1B. Estudar-se-á em bioreactor de bancada a dessulfurização de combustíveis reais, tais como gasolina, gasóleo ou "jet fuel", com a fonte alternativa de nutrientes seleccionada. A biomassa exausta após a dessulfurização será utilizada para extracção de pigmentos que serão caracterizados de forma a avaliar o potencial da estirpe 1B como produtora de pigmentos tendo em conta o conceito de biorrefinaria. Esta bactéria apresenta uma cor rosa/laranja, provavelmente devido à presença de alguns carotenóides, os quais poderão ter um elevado valor comercial. Na fase final do projecto será, efectuada uma análise técnico-económica do processo.

 

Projeto: FCOMP-01-0124-FEDER-013932 (Ex - PTDC/AAC-AMB/112841/2009)

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