SIMBIOALGA - Nova abordagem simbiótica para a produção integrada e verdadeiramente sustentável de microalgas dirigida para uma plataforma de biorefinaria

resumo

Muitas microalgas apresentam grande variabilidade de mecanismos de nutrição, com crescimento à luz com nutrientes inorgânicos (autotrofia), na escuridão usando nutrientes orgânicos como fonte de energia (heterotrofia) ou uma combinação dos dois com consumo de dióxido de carbono, fontes orgânicas e radiação como fontes de energia em simultâneo (mixotrofia). Tem-se investigado a utilização de microalgas como fonte de energia, com aplicações em biodiesel (Gouveia & Oliveira, 2008; Lopes da Silva et al, 2008, 2009), etanol, metanol, metano e hidrogénio da escala laboratorial até à piloto, cultivadas em qualquer dos modos nutricionais atrás referidos. A fotossíntese em microalgas é muito mais eficiente do que em plantas superiores, apresentando velocidades de crescimento superiores e oferecendo possibilidades ilimitadas de sequestração de CO2. A produtividade em óleo microalgal por unidade de área é estimada ir até 20000 galões por acre e por ano, muito superior à melhor cultura conhecida, o óleo de palma (635 galões) (Chisti, 2007;2008). Contudo, as microalgas como matéria-prima para biocombustíveis são actualmente mais caras do que as culturas agrícolas tradicionais e muita I&D é necessária até se atingir a comercialização. Alguns dos factores-chave na produção microalgal são produtividade e os custos de mão-de-obra e de colheita (Borowitzka, 1992). A utilização de fermentadores e fotobioreactores totalmente controlados permite reduzir custos de mão de obra. A produtividade depende da taxa específica de crescimento e da densidade celular. Devido a limitações de natureza técnica e biológica, as densidades celulares são geralmente baixas, principalmente em modo fotoautotrófico, aumentando os custos de colheita. As culturas heterotróficas são mais densas e de acordo com Lee (2004), as projecções de custos de produção de microalgas em fermentadores industriais parecem ser aproximadamente 10 vezes menores quando comparadas com o cultivo autotrófico convencional. As alternativas para cultivos mais produtivos de microalgas requerem a necessidade de evitar limitação de dióxido de carbono em modo fotoautotrófico e limitação de oxigénio em sistemas heterotróficos sem luz. A sequestração de CO2 a partir de gases de escape industriais junta benefícios ambientais e fonte de carbono a custo zero. Contudo, outros componentes em gases de escape tais como SO2 e NOx, podem ser tóxicos para as microalgas (Lee et al., 2002) e outras utilizações além dos biocombustíveis tais como carotenóides para a alimentação humana e animal e para a indústria farmacêutica pode suscitar reservas de natureza sócio-política (Pack, 1991). A depuração de gases industriais pode ser dispendiosa e morosa. Nos sistemas heterotróficos, a transferência de massa de oxigénio pode ser incrementada por aumento de caudais de borbulhamento e/ou velocidade de agitação o que provoca aumento de custos de energia e tensão de corte, levando à diminuição na produtividade de biomassa ou mesmo à morte. A utilização de reactores bifásicos com a adição de vectores de oxigénio tem sido descrita frequentemente mas é geralmente dispendiosa, muitas vezes tóxica e difícil de remover da suspensão algal. A adição de oxigénio puro é cara e impraticável à escala comercial. Outra alternativa de forma a aumentar a contribuição de O2 na corrente gasosa de entrada é ligar a corrente gasosa de saída de um reactor autotrófico exposta à luz, no qual % de saturação na gama dos 300% são frequentes. Reciprocamente os gases de saída de culturas heterotróficas podem ser uma fonte limpa, sustentável e virtualmente a custo zero de CO2 para culturas autotróficas. O principal objectivo é desenvolver um sistema fechado, sustentável, economicamente viável e de fácil ampliação de escala para a produção microbiana de óleo para biodiesel a partir de microalgas auto e heterotróficas utilizando uma abordagem simbiótica inovadora: as correntes gasosas de saída dum bioreactor fechado autotrófico e dum bioreactor h