Study on the use of microalgae and cyanobacteria for the fixation of carbon dioxide and production of raw materials for industrial applications.

O uso de microalgas e cianobactérias para a produção de biocombustíveis e outros produtos e matérias-primas de interesse comercial tem sido amplamente divulgado como uma tecnologia sustentável bastante promissora, em função das elevadas produtividades areais, potencial para fixação de CO2, uso de terras não adequadas para cultivo e possibilidade de utilizar fontes alternativas de nutrientes, tais como água salobra ou efluentes agroindustriais. A produção comercial de cianobactérias em tanques abertos em formato de pista foi estudada combinando-se a modelagem matemática do crescimento nos tanques com a avaliação técnica, econômica e de sustentabilidade do processo. Construiu-se um macromodelo para a simulação dos tanques, que permitiu determinar o impacto de variáveis ambientais como, por exemplo, temperatura e luminosidade, e otimizar condições de operação e coleta. A análise econômica detalhada demonstrou o impacto dos custos de capital, operação e consumo de energia pelo processo, também destacando a importância da receita de produtos de alto valor agregado para a viabilidade do sistema, com base na tecnologia atual. Os valores de transformidade e índices de sustentabilidade e carga ambiental, obtidos através da análise emergética, são comparáveis com outros processos para obtenção de biocombustíveis de segunda geração, mas os elevados custos de construção e operação e grande consumo de energia nas etapas de coleta e extração representam ainda grandes desafios à sua sustentabilidade. A análise de sensibilidade para as principais variáveis de processo e estudos de caso para melhorias e modelos de negócio alternativos permitiram priorizar áreas para pesquisa futura com base no impacto econômico e ambiental.The use of microalgae and cyanobacteria for the production of biofuels and other substances of commercial interest has been widely advertised as an extremely promising sustainable technology, due to the high areal productivity, potential for fixation of CO2, possibility of using non-arable land and alternative sources of nutrients such as brackish water and agricultural and industrial effluents. The commercial production of cyanobacteria in open raceway ponds was studied through the combination of a mathematical model for the algal growth with technical, economical and sustainability evaluations. A macromodel was developed to simulate the ponds, and it was used to assess the impact of environmental variables, such as light and temperature, and to optimize the process conditions for operation and harvesting. A detailed economic analysis demonstrated the impact of capital, operation costs and energy consumption, also highlighting the importance of revenue from high value products to process viability, considering the current technology. The transformity, emergy sustainability and environmental loading indices obtained by emergy analysis are comparable to other second generation biofuels, but the high construction and operation costs and energy consumption by the harvesting and extraction steps still represent major challenges to sustainability. The sensitivity analysis and evaluation of both technology improvements and alternative business models enabled the prioritization of future research areas, based on economic and environmental impact