Algas

Bio-Combustíveis Aquícolas Baseados em Algas: Sistemas de Tanques Abertos Versus Fotobioreatores

Coloboração: Dr. John Kyndt – Head-Cientista do Programa de Energia Renovável do Advance Energy Creations Lab e Dr. Aecio D’Silva.

O cultivo industrial de algas como um importante setor do Aquabusiness permite a produção de vários produtos, incluindo alimentos, fertilizantes, algal-químicos, suplementos nutritivos, produtos farmacêuticos e bio-combustíveis aquícolas.

Na realidade o potencial aquabusiness do cultivo de algas para obtenção de tudo que consiguimos hoje com petróleo, está cada vez mais presente no nosso dia-a-dia.

Senão vejamos: cerca de 95% de todos os produtos químicos que usamos no nosso cotidiano tem origem na petroquímica de combustíveis fósseis, e a maioria destes pode ser rastreada para apenas a sete módulos ou derivados básicos: metanol, eteno, propeno, butadieno, benzeno, tolueno e xileno.

Estes sete blocos básicos de matéria-prima começam essencialmente ou têm o petróleo como um ponto de partida para tudo que vem depois. É claro que a nossa sociedade na sua forma atual é fortemente dependente do petróleo bruto.

Como mostramos em artigos anteriores, a alga pode fornecer tudo que o óleo fóssil nos proporciona.  Pois o petróleo nada mais, nada menos do que algas que passaram por um processo longo de exposição a altas temperaturas e pressões no interior da Terra.

Contudo o suporte tecnológico de laborátorios  especializados em pesquisa e desenvolvimento é crucial para o sucesso desta forma de aquabusiness baseados em algas.
 
Como na área do petrobusiness, estamos lidando com um campo técnico-científico altamente demandante de conhecimento e constante inovação de ponta.

Seja qual for o produto alvo, se alguem estar planejando iniciar um aquabusiness com produção comercial de algas além da necessidade de ter um forte suporte tecnológico, vai enfrentar de cara o desafio de escalar  o sistema de produção (de lab para  projeto piloto e/ou larga escala) e, inevitavelmente, terá a frente o dilema ou decisão a tomar de cultivar algas em tanques abertos ou sistemas fechados.

Cultivo de Algas em Sistemas Abertos

Raceway Oval de Cultivo de Algas(clique para ampliar)

Sistemas abertos são as formas mais “naturais” de cultivar as algas e é a opção preferida atualmente em projetos comerciais, devido ao seu baixo custo.

Embora a tecnologia aberta em tanques foi inventada no início da década de 1940, diversas variações sobre o conceito básico foram acrescentadas.

Os projetos ou designs variam de tanques circulares  a raceways ovais que usam aeradores de paletas (paddle wheel) para  circular a massa dágua…

As principais vantagens sobre os sistemas fechados podem em linhas gerais ser resumidas e citadas como:

  • – Projeto simples e baratos
  • – Relativa fácil manutenção
  • – Custo eficiente de operação

No entanto certas limitações evitam que esta tecnologia seja implementadas para determinadas aplicações, tais como:

  • – Alto risco de contaminação (competição entre algas ou outros herbívoros dominarem o sistema)
  • – Controle de temperatura, pH e nutrientes pode ser mais complicado, dado que o sistema está mais exposto a mudanças ambientais
  • – Uma grande penetração de luz é necessária, pois somente os primeiros 10 centímetros da superfície geralmente tem bastante luz com iluminação eficiente para conversão de energia (fotossíntese)
  • – Dependendo do região ou localização geográfica do projeto, a taxa de evaporação pode ser relativamente alta

A produção de biomassa obtida a partir de qualquer sistema de cultivo é geralmente dada em gramas por unidade de superfície (m2) ou volume (m3) por dia. Os números mais otimistas para os sistemas de lagoa aberta atualmente ficam em torno de 25-30 g/m2/dia.

Cultivo de Algas em Sistemas Fechados – Fotobioreatores (PBR’s)

Experimemtal PBR (clique para ampliar)

Os sistemas fechados são geralmente referidos como fotobiorreatores (PBR) e podem ser instalados no interior ou no exterior. Muitas vezes, estes sistemas são colocados dentro de estufas para reduzir o custo da iluminação.

A grande vantagem do uso destes sistemas é o aumento da área superficial para um volume de determinada cultura. Isso significa maior exposição à luz e normalmente resulta em maior produção de biomassa.

Vários novos designs criativos foram inventados nos últimos dois anos, principalmente com o objetivo de aumentar a exposição à luz por unidade de volume. Os modelos mais comuns variam entre o uso de colunas tubulares ou painéis móveis clara para sacos flexíveis, mas há alguns projetos mais futuristos como biodomes e até mesmo sacos flutuando sobre as águas do oceano.

A produção de biomassa para sistemas fechados estão atualmente em torno de 50 g/m2/dia, que é de 40-50% superior a de sistemas de tanques abertos.

As principais vantagens de sistemas fechados são:

  • – Menor risco de contaminação
  • – Fácil mistura que melhora a transferência de massa
  • – Fácil controle de temperatura, pH e níveis de nutrientes.

No entanto, antes de correr para construir o seu próprio sonhado, potencialmente patenteável PBR , tenha em mente que o alto custo de instalação e operação é geralmente o que mantém esses sistemas de serem competitivos.

Quando estamos falando em cultivar algas para aplicações comerciais em aquabusiness, é bom sempre lembrar que vamos lidar na ordem crescente de milhares de milhões de galões, especialmente quando destinado à produção de biocombustíveis.

A realidade atual é que não há um único sistema de cultivo que se adapta a todas as necessidades. Quando tiver que decidir e selecionar um sistema de produção, as questões que devem ser levantadas são:

  • O sistema se adapta ao seu produto alvo,
  • Qual é a aplicação que vai ser dada a biomassa
  • Como poderá ser escalado e
  • Qual é a sua localização geográfica.

Todos estas questões terão grande influência na escolha do sistema. No entanto, muitos estudos e pesquisas estão em andamentio pressionando nossos cientistas e engenheiros a ser criativos para desenvolver custo-eficiente “próxima geração” sistemas de cultivo, por exemplo sob a forma de sistemas híbridos.

Uma última observação é que qualquer que seja o produto alvo a base de algas, o método de cultivo é apenas um aspecto a ser considerado. Precisamente, você deve levar em conta toda a cadeia ou ciclo de produção.

Isso inclui a seleção de linhagens, o rendimento do produto a partir da biomassa, extração dos produtos, a contaminação química, estabilidade do produto e a conversibilidade.

Melhorias em qualquer um desses setores poderiam ter um impacto significativo sobre a viabilidade econômica do processo global de produção.

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