Produção de biomassa de microalgas Scenedesmus sp. em efluente de bovinocultura biodigerido

Orientador: André Bellin Mariano, D.Sc.Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais – PIPE. Defesa : Curitiba, 09/08/2013Inclui referências: p. 70-78Área de concentração: Engenharia e Ciência dos MateriaisResumo: As microalgas vêm sendo consideradas como uma fonte alternativa para diversificar as matérias-primas utilizadas para produção de energia renovável. Atualmente, os elevados custos da produção de microalgas são um dos fatores limitantes para sua utilização comercial na produção de biodiesel. A utilização de efluente bovino biodigerido para substituição do meio de cultivo das microalgas aparece como uma alternativa para reduzir os custos da produção de microalgas em plantas comerciais, já que sua composição apresenta parte dos nutrientes necessários para o desenvolvimento das microalgas. Com o objetivo de reduzir o custo da produção de matéria-prima utilizada na síntese de biodiesel selecionou-se viabilizar a produção de microalga Scendesmus sp. em efluente da bovinocultura biodigerido como substituto do meio de cultivo sintético CHU. Desta forma buscou-se alcançar uma produtividade de biomassa e lipídios igual ou superior ao do meio sintético CHU, utilizando cinco concentrações de efluente de bovino cultura (10%, 15%, 20%, 25% e 30%) diluído em água. Para isso os experimentos foram realizados em balão Erlenmeyer com capacidade para 2 L, os cultivos foram mantidos em ambiente climatizado com temperatura controlada em 22 ± 2 ºC, a iluminação de aproximadamente 111,5 ?mol fótons.m-2.s-1, obtida por meio de lâmpadas fluorescentes, com fotoperíodo 12:12, aeração constante realizada por bombas de ar, com fluxo de ar de aproximada 0.076 L.s-1 por litro de cultivo. Os cultivos iniciaram com aproximadamente 0,1 g.L-1 de biomassa e foram mantidos durante um período de 10 dias. A produtividade diária dos cultivos foi avaliada a partir da determinação da biomassa seca e teor de lipídios totais no último dia dos cultivos. A maior produtividade de biomassa seca em relação ao meio sintético CHU, correspondeu ao experimento realizado com a condição de 30% do efluente de bovinocultura biodigerido, atingindo 0,48 g.L-1. Com relação ao teor lipídico, o melhor resultado obtido foi com o experimento contendo 15% efluente com 88 mg.L-1. Também foram realizadas análises de DBO, DQO, nitrogênio total, fosforo e potássio a fim de avaliar a capacidade da microalga na remoção desses nutrientes, para os cultivos com 30% de efluente houve uma redução de 22% a 100%, indicando eficiência na depuração do efluente como um benefício adicional ao processo de produção de biomassa de microalgas. A análise da composição de ácidos graxos da Scenedesmus sp. cultivada no meio CHU e com 30% de efluente consistiu respectivamente em 31% e 36% de ácidos graxos saturados, 45% e 42% de monoinsaturados e 14% e 17% de poli-insaturados, sendo os teores de insaturados obtidos no óleo de microalga menores que o encontrado no óleo de soja e a canola Esse trabalho apresenta grande potencial em termos econômicos e ambientais, pois o cultivo de microalgas com efluente de bovinocultura biodigerido mostrou-se uma ótima opção para redução dos custos na produção de biomassa microalgal e uma alternativa na redução da carga orgânica no tratamento desses efluentes. Palavras chaves: Biodiesel, Scenedesmus sp., efluente, biomassa.Abstract: Microalgae are being considered as an alternative source to diversify the raw materials used to produce renewable energy. Currently, the high production cost of microalgae is one of the limiting factors for their commercial use in biodiesel production. The use of biodigested bovine effluent for replacement of the culture medium of microalgae appears as an alternative to reducing the costs of microalgae production in commercial plants, since it has the nutrient composition necessary for the growth of microalgae. Aiming to reduce the cost of production of the raw material used in the synthesis of biodiesel it was selected to enable production of microalgae Scendesmus sp. in biodigested effluent from cattle as a substitute for synthetic culture medium CHU. Thus we tried to achieve a productivity of biomass and lipids equal to or higher than the synthetic media CHU using five bovine culture (10%, 15%, 20%, 25% and 30%) effluent concentration diluted in water. For this, the experiments were performed in Erlenmeyer flask with a capacity of 2 L, cultures were maintained in air-conditioned environment with controlled temperature at 22 ± 2 ºC, lighting of approximately 111.5 micromol photons.m-2.s-1 obtained using fluorescent lamps with a photoperiod 12:12 h, constant aeration maintained with air pumps, with air flow of approximately 0.076 Ls-1 per liter of culture. The cultures initiated with approximately 0.1 gL-1 biomass and were maintained for a period of 10 days. The daily productivity of cultivation was assessed by determining the dry weight and total lipid content in the last day of the cultivation. The highest dry biomass productivity compared with the synthetic CHU media, was obtained in the experiment with 30% dilution of the biodigested effluent, reaching 0.48 gL-1. With respect to lipid content, the best result was obtained in the experiment with 15% effluent with 88 mg L-1. Effluent samples were analyzed for BOD, COD, total nitrogen, phosphorus and potassium in order to assess the ability of microalgae for removal of these nutrients for cultivation with 30% of wastewater, reductions between 22% and 100% were obtained, indicating efficient removal from the effluent as an additional benefit to the process microalgal biomass production. Analysis of fatty acid composition of Scenedesmus sp. CHU and grown in medium with 30% effluent comprised respectively 31% and 36% of saturated fatty acids, 45% and 42% monounsaturated, 14% and 17% poly-unsaturated, with the levels of unsaturated oil obtained in microalgae smaller than that found in soybean oil and canola. This work presents great potential in economic and environmental terms. The cultivation of microalgae with biodigested dairy effluent proved to be a great option for cost reduction in the production of microalgal biomass and an alternative the reduction of the organic load in the treatment of these effluents. Keywords: Biodiesel, Scenedesmus sp., effluent, cattle