Estudo da influência de parâmetros ambientais (Fe e N) na produtividade lipídica da microalga Chlamydomonas sp.

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Tecnologias de Protecção AmbientalO trabalho desenvolvido no âmbito desta dissertação teve como objetivo o estudo da influência dos parâmetros ambientais, azoto e ferro, na produtividade lipídica da microalga Chlamydomonas sp. tendo em vista a sua utilização como matéria-prima para produção de biodiesel. Deste modo, realizaram-se ensaios tendo em vista a otimização das condições de produção das microalgas com vista à obtenção de elevadas taxas de crescimento de biomassa e/ou de elevados teores lipídicos, bem como testes com vista à extração do óleo da biomassa microalgal e à transformação do óleo extraído em biodiesel. A influência do aumento da concentração de azoto (N) e ferro (Fe) nas culturas foi estudada variando a concentração de N, sob a forma de nitrato, em 5 e 10 vezes e, a concentração de Fe em 3, 5 e 10 vezes. O suplemento de Fe no meio de cultura potenciou o crescimento da Chlamydomonas sp., cerca de 1,5 vezes relativamente ao meio padrão, verificando-se os melhores resultados para o ensaio em meio padrão com adição de 5x Fe, a que correspondeu uma produtividade média e máxima de 14,82 ± 0,52 e 33,11 ± 1,55 mg/L.dia, respetivamente. O teor lipídico das células de Chlamydomonas sp. foi avaliado através da extração dos lípidos totais da biomassa das diferentes culturas, colhida no final do período de cultivo. As microalgas cultivadas nos ensaios em meio padrão com adição de ferro registaram teores lipídicos mais elevados, 24,52 ± 2,99%, 20,91 ± 5,01% e 21,33 ± 3,60%, respectivamente para os ensaios em meio padrão com adição de 3x Fe, 5x Fe e 10x Fe. Os melhores valores de produtividade lipídica máxima também se verificaram nestas condições, sendo de 6,70 ± 1,63, 6,91 ± 1,67 e 6,83 ± 2,39 mg/L.dia, respetivamente para os ensaios em meio padrão com adição de 3x Fe, 5x Fe e 10x Fe. As melhores condições para o cultivo desta microalga tendo em vista a produção de lípidos correspondem a um aumento da concentração de ferro em 5 vezes relativamente ao meio de cultura padrão. Foi realizada a esterificação dos lípidos extraídos da biomassa microalgal tendo em vista a obtenção do biodiesel. A análise dos ésteres metílicos de ácidos gordos do biodiesel produzido a partir do óleo da Chlamydomonas sp., por cromatografia gasosa, revelou a predominância dos ésteres C16:0 (palmitato) e C18:1 (oleato) considerados ideais para a produção de biodiesel de alta qualidade, estando também presentes os ésteres C14:0 (miristato) e C18:0 (estearato).The work developed within the context of this dissertation aimed to study the influence of environmental parameters, nitrogen and iron, on the lipid productivity of the microalgae Chlamydomonas sp. in order to be used as raw material for biodiesel production. Therefore, different tests were run aiming the optimization of growth conditions in order to reach high biomass growth rates and/or lipid content. Also tests were conducted aiming oil extraction from microalgae biomass and oil conversion into biodiesel. The influence of increasing nitrogen (N) and iron (Fe) concentrations in the cultures was studied by varying the N concentration, in the form of nitrate, 5 and 10 times and, Fe concentration by 3, 5 and 10 times. Fe supplementation in culture medium enhanced the Chlamydomonas sp. growth, approximately 1,5 times comparing to standard cultivation conditions (Bold Basal Medium with 3-fold Nitrogen) and, the best results were found on standard medium with 5 times Fe addition, obtaining an average and maximum productivity of 14,82 ± 0,52 e 33,11 ± 1,55 mg/L.day, respectively. The lipid content of Chlamydomonas sp. cells was evaluated by total lipid biomass extraction from different cultures, harvested at the end of the cultivation period. Tests using standard medium with Fe addition conducted to higher lipid content of, 24,52 ± 2,99%, 20,91 ± 5,01% and 21,33 ± 3,60%, respectively for tests using standard medium with 3, 5 and 10 times Fe addition. The best values of maximum lipid productivity were also found in these conditions, 6,70 ± 1,63, 6,91 ± 1,67 e 6,83 ± 2,39 mg/L.day for tests in standard medium with 3, 5 and 10 times iron addition, respectively. The best conditions for the cultivation of this microalgae aiming lipid production correspond to a 5-fold increase of the Fe concentration in the culture medium, relatively to the standard medium. The esterification of lipids extracted from microalgae biomass was carried out with the intent to obtain biodiesel. The analysis of fatty acid methyl esters of biodiesel produced from Chlamydomonas sp. oil, by gas chromatography, demonstrated the predominance of the esters C16: 0 (palmitate) and C18: 1 (oleate), that are considered ideal for the production of high quality biodiesel. Also C14: 0 (myristate) and C18: 0 (stearate) esters are present