ESIBITS - Avaliação de sustentabilidade da produção industrial de biohidrogénio a partir de microalgas, e integração em sistemas de transporte de táxi/autocarro

resumo

A procura de produção sustentável de energia é imprescindível devido ao esgotamento dos combustíveis fósseis e ao aquecimento global. O crescente interesse em biocombustíveis conduziu ao aparecimento de políticas a nível europeu, como a directiva 2009/28/CE. Esta directiva visa promover a utilização de biocombustíveis ou de outros combustíveis renováveis (com 10% de participação mínima nos combustíveis convencionais em 2020) em substituição do gasóleo ou da gasolina nos transportes em cada Estado-Membro da União Europeia. Tem em vista contribuir para os objectivos estabelecidos, tais como o cumprimento dos compromissos relativamente às mudanças climáticas, à segurança ecológica de abastecimento e sustentabilidade, e de promoção das energias renováveis. Actualmente, a produção de biocombustíveis requer elevados custos, uma vez que obrigam à extracção de compostos bioactivos de alto valor acrescentado.

A procura de fontes de energia alternativas e economicamente viáveis para produção de biocombustíveis, tais como biodiesel e biohidrogénio, está a aumentar a nível mundial. No que diz respeito ao sector dos transportes, considera-se que as células de combustível a hidrogénio (H2) podem ser uma alternativa aos motores de combustão interna, devido à sua alta eficiência (aprox. 60%). A alta eficiência, a supressão de emissões poluentes locais, e a independência directa de derivados do petróleo torna esta nova tecnologia numa potencial alternativa para um futuro mais sustentável no sector dos transportes. Os veículos híbridos (FCV) e híbridos plug-in equipados com uma célula de combustível (PHEV-FC), têm um sistema de controlo com o objectivo de fornecer a energia e potência necessárias para o motor eléctrico e para gerir o fluxo de energia entre os componentes constituintes do veículo, motor, bateria e célula de combustível. Embora a célula de combustível seja mais eficiente do que o motor de combustão interna, com a otimização da estratégia de gestão de energia e monitorização do veículo é possível atingir maiores eficiências e ainda menores consumos de energia, aumentando assim a competitividade para estes tipos de veículos alternativos.

O principal objectivo deste projecto é avaliar o potencial de produção de biohidrogénio (bioH2) a partir de microalgas a nível industrial, para aplicação a frotas de táxi e autocarro. Todos os processos associados à cultura de biomassa a partir de microalga, extracção de óleos, extracção de pigmentos e produção de bioH2, através de fermentação escura, serão tomados em consideração para a avaliação de consumo de energia e emissões. As experiências laboratoriais estão já a ser desenvolvidas pelo grupo de investigação do LNEG, que tem uma vasta experiência na área. Com base no inventário de ciclo de vida (ICV) em escala laboratorial e na modelação da cinética dos processos bioquímicos, usando como modelos de estudo o modelo de Arrhenius, Monod modificado (equação de inibição Haldane) ou de Han-Levenspiel e Gompertz, será desenvolvido um modelo de scale-up para escala industrial. Os parâmetros mais importantes para a criação do modelo de scale-up serão as especificações do bioreactor, a concentração de biomassa e substrato, o teor de açúcar da biomassa, a intensidade de luz, a taxa de crescimento da bactéria, a taxa de consumo de CO2 e a taxa de produção específica de H2. Visando uma futura implementação do bioH2 como fonte de energia para uso nos transportes rodoviários, o scale-up torna-se muito relevante para a determinação do potencial da competitividade do bioH2 como combustível comparativamente a combustíveis fósseis convencionais quando usados em frotas específicas de veículos rodoviários.

Na análise económica, uma primeira estimativa será baseada no ICV e nos custos de energia operacionais dos processos de produção de bioH2. Não serão contabilizados custos de investimento capital, distribuição, armazenamento e de infra-estruturas. Para estes últimos, estudos de investigação para a produção de biodiesel a partir de microalgas serão exemplos abordados. Irão ser consideradas estimativas presentes e futuras de viabilidade económica, tendo em conta a penetração de veículos movidos a H2 no mercado de veículos rodoviários de táxi e autocarro. A equipa de investigação da IR tem conhecimento prévio em custos imputados a veículos com tecnologia de célula de H2 em comparação aos convencionais.

A principal contribuição deste trabalho de pesquisa é abranger a produção de bioH2 a partir de microalgas, análise energética e emissões de CO2, e destacar e sugerir eventuais direcções futuras para uma pesquisa continuada nesta área, incluindo o seu scale-up para nível industrial e aplicação no sector rodoviário dos transportes.

 

Palavras chave: biohidrogénio, microalgas, ciclo de vida, scale-up, modelação, custos e aplicações

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