Use of atmospheric emissions as a source of CO2 in microalgae cultivation: biomass productivity and economic viability

Esse estudo abordou a utilização de emissões atmosféricas como fonte de carbono para o cultivo de microalgas em lagoas de alta taxa (LATs). Para isso foram utilizadas três LATs: em uma foi utilizado CO 2 a uma concentração de 99,9% (LAT 1), na outra, gás de emissão da combustão da gasolina (GECG) (LAT 2) e na terceira (LAT 3) não foi adicionado CO 2 . Os gases foram adicionados mediante demanda, quando o pH do meio atingia 7,5. Foram avaliadas a produtividade de biomassa, a eficiência do tratamento do esgoto e a viabilidade econômica ao se usar cada uma das fontes. Os resultados mostraram que não houve diferença estatística (p < 0,05) entre as produtividades de clorofila a nas três LATs, os valores médios foram 0,09, 0,09 e 0,06 g m -2 dia -1 respectivamente para as LATs 1, 2 e 3. No que diz respeito às remoções de matéria orgânica e nutrientes, os valores de remoção encontrados também não diferiram estatisticamente entre as três lagoas (p < 0,05), sendo que não houve remoção de fósforo em nenhum dos casos. As porcentagens de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) foram de 31,69, 30,78 e 30,42 %. Já em relação à remoção de nitrogênio amoniacal, as porcentagens de remoção não permitiram reduzir a concentração a valores abaixo do máximo permitido pela legislação estadual vigente (26,70, 26,15 e 30,04 mg L -1 , nas LATs 1, 2 e 3, respectivamente). Em todos os casos, para a variável Escherichia coli, foram removidas 2 unidades logarítmicas. A caracterização da comunidade fitoplanctônica mostrou que a adição de CO 2 favoreceu as clorofíceas em relação às cianobactérias e diatomáceas. Os resultados mostraram também que a fonte de CO 2 não influenciou na composição bioquímica da biomassa, não havendo diferença estatística (p < 0,05) entre os resultados encontrados. Os Valores Presentes Líquidos (VPLs) negativos mostraram que nenhum dos dois projetos é viável. Ao se comparar os VPLs, esse valor foi maior quando CO 2 industrial foi utilizado para produzir biomassa que seria utilizada como fonte de proteínas na alimentação animal. Ao contrário, quando a biomassa produzida foi utilizada como matéria-prima para a produção de biocombustíveis, o VPL foi maior ao utilizar-se GECG como fonte de CO 2 . Os resultados mostraram que os investimentos de instalação de fontes externas de CO 2 em um sistema de lagoas de alta taxa que utiliza esgoto doméstico previamente tratado por tanque séptico não são economicamente viáveis para nenhuma das duas fontes de CO 2 estudadas, quando a biomassa produzida nas LATs é utilizada para a produção de biocombustíveis e como fonte de proteínas na alimentação animal. Mostraram também que nas condições desse estudo, a adição de CO 2 , independentemente da fonte utilizada não influenciou no tratamento do esgoto doméstico, nem na produtividade da biomassa.This study assessed the use of atmospheric emissions as a carbon source for the cultivation of microalgae in high rate algal ponds (HRAPs). Three HRAPs were used: in one, CO 2 was used at a concentration of 99,9% (HRAP 1), in the other, flue gas from the combustion of gasoline (FGCG) (HRAP 2) and in the third (HRAP 3) was not added CO 2 . The gases were added on demand when the pH of the medium reached 7,5. The biomass productivity, the efficiency of the sewage treatment and the economic viability were evaluated when using each of the sources. The results showed that there was no statistical difference (p < 0,05) between chlorophyll a productivities in the three HRAPs, mean values were 0,09, 0,09 and 0,06 g m -2 day -1 respectively for the HRAPs 1, 2 and 3. Regarding removals of organic matter and nutrients, the removal values also did not differ statistically between the three ponds (p < 0,05), and there was no removal of phosphorus in any of the cases. The percentages of removal of chemical oxygen demand (COD) were 31,69, 30,78 and 30,42%. Regarding the removal of ammoniacal nitrogen, the percentages of removal did not allow to reduce the concentration to values below the maximum allowed by state legislation (26,70, 26,15 and 30,04 mg L -1 , in HRAPs 1, 2 and 3, respectively). In all cases, for the variable Escherichia coli, 2 log units were removed. The characterization of the phytoplankton community showed that the addition of CO 2 favored the chlorophytes in relation to cyanobacteria and diatoms. The results also showed that the CO 2 source did not influence the biochemical composition of the biomass, and there was no statistical difference (p < 0,05) between the results found. Net Present Values (NPVs) showed that neither project is viable. When comparing NPVs, this value was higher when industrial CO 2 was used to produce biomass that would be used as a source of protein in animal feed. In contrast, when the biomass produced was used as a raw material for the production of biofuels, the NPV was higher when using FGCG as a source of CO 2 . The results showed that the investments of installation of external sources of CO 2 in a system of high rate algal ponds using domestic sewage previously treated by septic tank are not economically viable for either of the two sources of CO 2 studied, when the biomass produced in the HRAPs is used for the production of biofuels and as a source of protein in animal feed. They also showed that under the conditions of this study, the addition of CO 2 , regardless of the source used, did not influence domestic sewage treatment or biomass productivity