Screening of microalgae with potential for biofuels production

Dissertação de mestrado em BioengenhariaA dependência contínua dos combustíveis fósseis é insustentável, devido ao esgotamento das reservas mundiais e às emissões de gases de efeito de estufa associadas à sua utilização. Portanto, existem iniciativas de investigação vigorosas destinadas a desenvolver alternativas renováveis. A biomassa é a fonte de energia renovável mais promissora porque está naturalmente disponível, pode ser produzida em grandes quantidades e permite a produção de combustíveis líquidos, gasosos ou sólidos com potencial em diferentes setores. Além disso, é um recurso capaz de ser totalmente renovável e ambientalmente, socialmente e economicamente sustentável. A biomassa microalgal tem sido reconhecida recentemente. Microalgas são microrganismos fotossintéticos, com requisitos mínimos de crescimento, que podem produzir lípidos, proteínas e carbohidratos em grandes quantidades, durante um curto período de tempo. Estes podem ser processados em biocombustíveis e em coprodutos de valor acrescentado. Esta dissertação teve como principal objetivo avaliar o potencial de produção de biocombustíveis de algumas espécies de microalgas. As microalgas selecionadas, Chlorella emersonii ACOI 516, Chlorella vulgaris ACOI 879 e Chlorella saccharophila ACOI 96, foram cultivadas em cinco meios de cultura diferentes, MP12, TAP, BG-11, BBM e Chu_13 mod., em fotobiorreatores, com 6 % (v/v) de CO2, uma taxa de arejamento de 0,2 vvm e 100 μmol de fotões m-2.s-1. Após o cultivo das microalgas nestas condições, estas foram transferidas para os mesmos meios, no entanto, desprovidos de azoto, durante cerca de 4 dias, a fim de aumentar a concentração de lípidos e/ou amido nas células. O crescimento das microalgas selecionadas foi monitorizado através da determinação da concentração celular e quantificação da biomassa produzida. No final dos cultivos nas condições com e sem azoto, as quantidades de lípidos, amido e proteínas obtidas foram registadas. Os resultados obtidos demonstraram que o meio MP12 foi um dos melhores para o crescimento das microalgas. C. vulgaris foi a microalga que obteve valores de concentração celular e peso da biomassa seca superiores. Para além disso, esta microalga apresentou um conteúdo lipídico de 39,2 % na condição sem azoto do meio TAP, tendo também atingido o maior valor de produtividade lipídica, nas mesmas condições (109,57 mg L-1 d-1). Em relação ao conteúdo de amido, C. emersonii foi a microalga que obteve percentagens superiores – 42,7 % na condição sem azoto do meio BG-11. No entanto, C. vulgaris demonstrou ser mais adequada para a produção de amido, por ter obtido valores de produtividade superiores. Estes resultados fazem valer a pena a concretização de mais estudos relativos à otimização das condições de cultura destas microalgas, visando ainda maiores produções de lípidos e amido e são passíveis de levar a futuros estudos de ampliação de escala com possibilidade de diminuição dos custos de produção de biomassa e seus produtos sem necessidade de investimentos adicionais.The continuous reliance on fossil fuels is unsustainable, due to the depletion of global reserves and the greenhouse gas emissions associated with their use. Therefore, there are vigorous research initiatives intended to develop renewable alternatives. Biomass is the most promising source of renewable energy because it is naturally available, can be produced in large quantities and allows the production of liquid, gaseous or solid fuels with potential in different sectors. Besides, it is a resource capable of being completely renewable and environmentally, socially and economically sustainable. Microalgal biomass has been recently recognized. Microalgae are photosynthetic microorganisms with minimum growth requirements that can produce lipids, proteins and carbohydrates in large quantities in a short period of time. These products can then be processed into biofuels and in co-products of added value. The present dissertation aimed to evaluate the potential for biofuels production of some microalgae species. The selected microalgae, Chlorella emersonii ACOI 516, Chlorella vulgaris ACOI 879 e Chlorella saccharophila ACOI 96, were grown in five different culture mediums MP12, TAP, BG-11, BBM and Chu_13 mod., in photobioreactors, with 6 % (v/v) of CO2 at an aeration rate of 0.2 vvm and 100 μmol photons m-2 s-1. After cultivation of microalgae in these conditions, they were transferred to the same media, however, with nitrogen deficiency, for about 4 days, in order to increase the concentration of lipids and/or starch in cells. The microalgae growth was monitored by determining the cell concentration and quantification of biomass. At the end of cultivation with nitrogen supply and nitrogen deficiency, the amounts of lipids, starch and proteins obtained were registered. The results obtained showed that MP12 is one of the best mediums for microalgae growth. The highest cellular concentration and biomass dry weight obtained was found to be in C. vulgaris. In addition, this microalga produced a lipid content of 39.2 % in TAP nitrogen deficiency, having also reached the highest lipid productivity value, under the same conditions (109.57 mg L-1 d-1). In relation to starch content, C. emersonii was the one who got higher values – 42.7 % in BG-11 nitrogen deficiency. However, C. vulgaris proved to be the most suitable for starch production by having higher productivity values. These results makes worthwhile the realization of more studies on optimization of culture conditions of these microalgae aiming higher yields of lipid and starch and are likely to lead to future studies of expanding scale with the possibility of reducing production costs of biomass and its products without need for additional investment