Optimization of microalgae Scenedesmus sp. cultivation conditions for biodiesel production

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2014.A grande dependência de fontes de energia não renováveis e altamente poluentes, como o petróleo e seus derivados, tem levado a sociedade a buscar alternativas para a utilização de combustíveis renováveis. As pesquisas atuais sinalizam como tecnologia emergente a produção de biodiesel combustível a partir de microalgas. Neste contexto, o presente trabalho objetivou otimizar as condições de cultivo da microalga Scenedesmus sp. para a utilização de seu óleo na produção de biodiesel. Como resultados, foram determinadas as melhores concentrações de nitrato (159 mg L-1), fosfato (49 mg L-1) e vitaminas (0,31 mg L-1) do meio ASM1 no cultivo fototrófico, as quais maximizaram simultaneamente a densidade celular (1,3E+07 céls mL-1), teor de lipídeos (20 %) e produtividade em lipídeos (25 mg L-1 d- 1). Dentre os meios de cultura avaliados, com o BG11-N foram alcançadas as máximas produtividades em biomassa e lipídeos, 210 e 61 mg L-1 d-1, respectivamente. Na avaliação do cultivo fototrófico, heterotrófico e mixotrófico, alcançou-se a máxima produtividade em lipídeos (138 mg L-1 d-1) em mixotrofia. Com o escalonamento do cultivo em fotobiorreatores de 1.100 L foram obtidos 1,5 kg de biomassa seca e 250 g de lipídeos através da batelada semicontínua, selecionada como a melhor forma de condução do cultivo de Scenedesmus sp.. As produções de biodiesel por transesterificação, hidroesterificação e saponificação/esterificação resultaram altas percentagens de ésteres, 99,3, 92,5 e 94,3 %, respectivamente, com predominância de C16 e C18. Os resultados mostraram que Scenedesmus sp. SCIB-01 constituiu uma matéria-prima oleaginosa bastante promissora para a produção de biodiesel. __________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe large reliance on non-renewable sources and highly polluting fuels such as petroleum and its derivatives, has led the society to seek alternatives of renewable energy. Current research indicates as emerging technology the production of fuel biodiesel from microalgae. The objective of this study was to optimize the cultivation conditions of the microalgae Scenedesmus sp. and use the oil to produce biodiesel. As results, the best concentrations of nitrate (159 mg L-1), phosphate (49 mg L-1) and vitamins (0.31 mg L-1) of ASM1 medium were determined in phototrophic cultivation, which maximized the cell density (1.3E+07 cell mL-1), lipid content (20 %) and lipid productivity (25 mg L-1 d-1) simultaneously. Among the culture media evaluated, the maximum biomass and lipid productivity were reached using BG11-N, 210 and 61 mg L-1 d-1, respectively. Analysing the phototrophic, heterotrophic and mixotrophic cultivations, the maximum lipid productivity (138 mg L-1 d-1) was achieved with mixotrophic. In the process of scaling-up the cultivation in photobioreactor of 1.100 L, 1.5 kg of dry biomass and 250 g of lipid were obtained through the semicontinuous bacth, selected as the best form to conduce the Scenedesmus sp. cultivation. Biodiesel productions by transesterification, hidroesterification, and saponification/esterification resulted high methyl esters content, 99.3, 92.5 and 94.3 %, respectively, with predominance of C16 and C18. The results showed Scenedesmus sp. SCIB-01 as a promising feedstock for the biodiesel production