Microalga como matéria-prima para a produçãode biodiesel e biopetróleo

Microalga como matéria-prima para a produçãode biodiesel e biopetróleo

O combustível denominado biodiesel apresenta vantagens quanto à produção e utilização.
Estas vantagens poderão ser ampliadas, pelo aproveitamento da grande biodiversidadeque o país apresenta, pois as muitas espécies capazes de produzir biodiesel crescem bem nos diversos territórios do nosso solo agrícola.
Essa diversificação pode garantir a continuidade da produçãode biodiesel especialmente por fazer a salvaguarda de quebras de safra, perdas sazonais, etc.
Como matérias-primas para a produção de biodiesel, vêm sendo empregadas espécies vegetais; porém, como as microalgas já demonstraram potencialidades para a produção de biodiesel, e várias vantagens em relação aos vegetais superiores, deveriam ser consideradas como possíveis fontes de matéria-prima. Este trabalho tem por objetivo fazer uma análise crítica do uso de microalgas para produção de biodiesel, considerando as vantagens e desvantagens do seu uso, bem como sugestões de estudos e tecnologias a serem desenvolvidos.
Matérias-primas utilizadas na produção industrial de biodiesel As principais matérias-primas utilizadas são: a soja, a mamona e o dendê. A soja tem potencial para oferecer todo o óleo necessário mesmo para a mistura dos 5%, porém ela sofre restrições de natureza econômica.
A mamona é uma cultura que apresenta viabilidade para dar sustentabilidade aos assentamentos rurais no semi-árido, sendo a base de uma das cadeias produtivas do semi-árido. Em relação ao dendê, a Agropalma utiliza o óleo que é resíduo do processo de refino. Neste caso, o processo utilizado é a esterificação dos ácidos graxos residuais no processo de refino do óleo.
Matérias-primas em estudo
Outras oleaginosas vêm sendo testadas em plantas experimentais, como o girassol, o algodão, o amendoim, o nabo forrageiro, o milho.
Em relação às plantas nativas, embora algumas apresentembons resultados em laboratórios, como o pequi, o buriti e a macaúba, sua produção é extrativista e não há plantios comerciais que permitam avaliar com precisão as suas potencialidades. No caso da Jatropha curcas L, os estudos vêm avançando e esta escolha baseia-se nas ótimas qualidades da mesma, chegando a produzir de 1 a 6 toneladas de óleo/ha.
Quanto ao uso do sebo, o biodiesel gerado é de qualidade ligeiramente inferior, porém, o custo de produção é cerca de 30% inferior ao daquela proveniente de óleos vegetais Critérios para análise da seleção de matérias-primas para a produçãode biodiesel Estes critérios estão baseados em aspectos relevantes como: grande teor de óleo por área e por período de cultivo; a cultura deve apresentar um balanço energético favorável; o preço da matéria-prima deve ser compatível com a necessidade de fornecer biodiesel com preços equivalentes ao diesel; o subproduto de extração do óleo deve ser aproveitado, sempre que possível, na alimentação humana ou animal; a cultura oleaginosa deve ser parte da rotação de culturas regionais; o biodiesel produzido deve atender as especificações dos motores.
Características relevantes das oleaginosas utilizadas na produçãode biodiesel, observam-se os custos de produção e a produtividade em grãos e do óleo bruto por área de cultivo, bem como o percentual de óleo no grão das principais oleaginosas.
Microalga como matéria-prima para a produção de biodiesel.
Características principais de algumas oleaginosas Oleaginosa Custo produção (R$/ha)Produtivide Norma Grãos- kg/haTeor de óleono Grão - %Produtivide agrícola óleo bruto- kg/ha Amendoim 3.000,00 2.700,00 40 - 43 1.215 Dendê 2.100,00 20.000,00 22 4.400 Girassol 1.100,00 2.000,00 38 - 48 900 Mamona 650,00 500,00 45 - 50 240 Soja 1.300,00 3.000,00 18 600Fonte: Citado por Gil Câmara em Agronegócios de Plantas Oleaginosas, 2006 [1]3.2 Considerações gerais acerca das microalgas Os óleos encontrados nas microalgas possuem características físico-químicas e químicas similaresa os de óleos vegetais e por isto elas podem ser consideradas como potencial matéria-primapara a produção de biodiesel. Da Tabela 3, pode-se verificar que os óleos das microalgas apresentam composição em ácidos graxos semelhante à de óleos vegetais; não foram disponibilizados dados sobre as propriedades físico-químicas destes. Sabe-se que entre os óleos vegetais, a composição em ácidos graxos varia e, por conseguinte, variam as suas propriedades físico-químicas (exemplo, a estabilidadeà oxidação) o mesmo ocorrerá com o óleo extraído de diferentes microalgas e de condições variadas de cultivo.
Tabela 3. Composição química do óleo de algumas microalgas
Microalga Principais ácidos graxos1Dunaliella salina C14:0/ C14:1/ C16:0/ C16:3/ C16:4/ C18:2/ C18:3Isochrysis sp. C14:0/ C14:1/ C16:0/ C16:1/ C18:1/ C18:3/ C18:4/ C22:6Nannochloris sp. C14:0/ C14:1/ C16:0/ C16:1/ C16:3/ C20:5Nitzchia sp. C14:0/ C14:1/ C16:0/ C16:1/ C16:3/ C20:6(1) C14:0 (mirístico), C14:1 (miristoléico), C16:0 (palmítico), C16:1 (palmitoléico), C18:0 (oléico), C18:2 (linoléico),C18:3 (linolênico), C20:5 (eicosapenteneóico)
As microalgas são potencialmente adequadas para a produção de combustíveis; entretanto, os dados de laboratório acerca desta produção são limitados e não existe um redimensionamento, assim como não existem muitos dados sobre o cultivo de microalgas para a produção de combustíveis. Desta forma, a discussão sobre a utilização destes microorganismos na produção de combustíveis tem que ser baseada em extrapolações. O cultivo de microalgas apresenta várias características interessantes: custos relativamente baixos para a colheita e transporte e menor gasto de água, comparados aos de cultivo de plantas; pode ser realizado em condições não adequadas para a produção de culturas convencionais.
As microalgas apresentam maior eficiência fotossintética que os vegetais superiores e podem ser cultivadas em meio salino simples; além disto, são eficientes fixadoras de CO2.
Estudos recentes mostraram que no caso de algas com 50% de sua massa seca em óleo, somente 0,3% da área cultivada dos EUA poderiam ser utilizadas para produzir biodiesel suficiente parar epor todo o combustível usado em transporte; além disto, a terra utilizada para o cultivo de microalgas é desértica, com baixo valor econômico para outros usos e com alta irradiação solar e que neste cultivo podem ser utilizados resíduos de outras produções, como o CO2 de processos industriais e resíduos orgânicos. Em relação ao rendimento em óleo, o de microalgas é pelo menos quinze vezes maior que o de palma, que é o de maior produtividade. Existe uma estimativa de produção de óleo de microalgasde 15.000 a 30.000 L/Km2.
A sua extração é simples, pode ser realizada com hexano, exatamente como em indústria alimentícia. Existe, ainda, a possibilidade de um máximo aproveitamento dos resíduos, como exemplo, a fermentação a metano. Os teores em lipídios e triglicerídios (TG) dependem das condições das culturas, sendo que nos anos de 1940, foram relatados percentuais bastante elevados, de 70 a 85% em lipídios.
Apresentamos algumas microalgas promissoras como matéria-prima para a produção de biodiesel, em vista do seu percentual de lipídios[4;12]. Em relação à Dunaliella [12], do lipídio produzido pelas células, obteve-se até 57% comoTG – molécula de partida para a produção do biodiesel. No caso de algumas microalgas inseridas na Tabela 4, o percentual de lipídio é baixo, porém, sabemos dos estudos feitos que é possível aumentá-lo.Tabela 4 - Percentual de lipídios em algumas microalgas em relação à massa seca Microalga % de Lipídios Microalga % de Lipídios Scenedesmus obliquus 12-14 Euglena gracilis 14-20Scenedesmus dimorphus 16-40 Prymnesium parvum 22-38Chlamydomonas rheinhardii 21 Porphyridium cruentum 09-14Chlorella vulgaris 14-22 Spirulina platensis 04-09Spirogyra sp. 11-21 Synechoccus sp. 11Dunaliella tertiolecta 64-71Fonte: Elaboração própria a partir de dados das refers. [4] e [12].
Os custos estimados apontam valores entre 5 e 25 US$/kg para cultivo em fermentadores industriais, com base em experimentos de laboratório. Quanto à qualidade do biodiesel produzido, apresentamos na Tabela 5 os dados referentes a itens da especificação do biodiesel, segundo a ANP, do biodiesel produzido a partir de algumas oleaginosas e de microalga. Tabela 5 – Características do biodiesel de oleaginosas e de microalga Oleaginosa Caracterísitcas do Biodiesel Norma ANP Soja Girassol Canola Mamona Amendoim MicroalgaPonto de Fulgormin. (oC)100 149 152 159 153 149 115Índice de acidez max. (mgKOH/g)0,80 0,30 0,50 0,33 0,80 0,60 0,37Massa específica20oC (kg/m3)anotar 876 877 878 913 872 864Fontes: Elaboração própria a partir de dados de Resultados e discussão A seleção da matéria prima é a decisão mais importante a ser tomada já que o custo da mesma representa entre 60 e 80% do custo total de produção do biodiesel.
De 1978 até 1996 o Department of Energy’s Office of Fuels Development desenvolveu o Aquatic Species Program – Biodiesel fromAlgae no intuito de estudar a produção de biodiesel através de microalgas crescidas em tanque, com alto teor de lipídios e utilizando CO2 residual de planta de queima de carvão para a produção de energia. Destes estudos, não foi possível evidenciar um aumento na produtividade geral de óleo quando se impunha um stress à cultura de microalgas, o que era propalado no meio científico, mas somente um aumento no teor de óleo nas células. Além disto, foi concluído que o custo do processo de produção é elevado para a produção de um combustível para a substituição do diesel, e que como o custo está principalmente relacionado a questões biológicas, é imprescindível para conseguir a sua diminuição encontrar organismos que apresentem altíssimos níveis de conversão da luz solar em biomassa. Contudo, os testes em tanque, ao longo de um ano, evidenciaram uma Microalga como matéria-prima para a produção de biodiesel eficiência elevada (superior a 90%) na utilização de CO2 e alta produtividade em biomassa – de50g/m2.dia; mas esta produtividade não era sustentada ao longo dos meses do ano por conta de diminuições importantes na temperatura local; e para contornar este problema foi sugerido o uso de um sistema de controle de temperatura. As dificuldades, portanto, são: encontrar cepas com altoteor de TG, com crescimento rápido, fácil de colher e sistema de cultivo com custo apropriado. Resultados promissores vêm sendo obtidos em relação ao aumento no teor de lipídios na biomassa de microalgas: Chlorella cultivada em diferentes regimes de luz; Navioua pelliculosa em estarvaçãode silício; Dunaliella tertiolecta em diferentes concentrações de cloreto de sódio no meio, chegando a ter 57% do seu peso em TG . Além disto, os TG podem ter a sua composição em ácidos graxos variada dependendo de fatores como intensidade de luz, temperatura, e isto influencia na qualidade do biodiesel produzido, como por exemplo, no índice de iodo e na viscosidade.
Emrelação ao sistema de cultivo, faz-se necessário um aumento da produtividade em biomassa, sem acarretar aumento de custos de instalação e operação.
Conclusões e recomendações Os dados aqui apresentados evidenciam a grande potencialidade do uso de microalgas para a produção de biodiesel. Contudo, para estabelecermos esta prática urge que façamos um estudo extenso com cepas que possam ter o seu nível de TG manipulado de forma a maximizá-lo, como aquelas já citadas; em paralelo, seria interessante buscar novas cepas com este potencial. Em relação ao sistema de cultivo, faz-se necessário um aumento da produtividade em biomassa, sem acarretar aumento de custos de instalação e operação. Com este objetivo, o nosso grupo desenvolveu um novo sistema de agitação de cultivo em tanque, que em escala de bancada forneceu uma produtividade em biomassa de Spirulina, a microalga inicialmente testada, de 26 g/m2/dia, tendo sido, então, dada a entrada num pedido de Depósito de Patente. Ainda neste ano, iniciaremos os estudos numa escala de planta-piloto.

Iniciativas desta natureza são imprescindíveis para que tenhamos dados que no momento são escassos, como o de custos para uma análise da viabilidade econômica do processo global – desde o cultivo até a obtenção do biodiesel. Neste sentido, é de extrema importância a criação de uma rede de uso de microalgas para a produção de biodiesel, que incluiria uma gama imensa de estudos.

Referencias bibliográficas1 Câmara, G. M. S., Heiffig, L. S. - Agronegócio de Plantas Oleaginosas: Matérias-Primaspara Biodiesel. Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura “Luiz deQueiroz”, Dep. De Produção Vegetal, Piracicaba, São Paulo, 2006.2 Plano Nacional de Agroenergia, Ministério de Agricultura, Pecuária e Abastecimento,Brasília, DF, 2005.3 Biodiesel: uma opção emergente para a agricultura em mato grosso do sul. Disponívelem: 4 Chapter 6- Oil production. Disponível em: w7241e0h.htm>. Acesso em: 25 de mai 2006.5 Sheehan, J.; Dunahay, T.; Benemann, J.; Roessler, P. A look back at the U. S. Departmentof Energy’s Aquatic Species Program- Biodiesel from Algae, Colorado, 1998.6 Pirt S. J. The thermodynamic efficiency (quantum demand) and dynamics of photosyntheticgrowth. New Phytologist, 102, 3-37, 1986.7 Brown L. M. Zeiler, K. G. – Aquatic biomass and carbon dioxide trapping. EnergyConversion and Management, 34, 1005-13, 1993.8 Disponível em: . Acesso em: 13 de fev.2006.9 Benemann, J. R. –CO2 Mitigation with microalgae systems. Energy Conversion Management,38, S475-479, 1997.10 Vichez C., Garbayo, I., Lobato M. V., Vega, J. M. – Microalgae-mediated chemicalsproduction and waste removal. Enzyme Microbial Technology, 20, 562-72, 1997.11 Disponível em: . Acesso em: 13 de fev.2006.12 Takagi, M., Karseno, Yoshida, T. – Effect of salt concentration on intracellular accumulationof lipids and triacylgliceride in marine microalgae Dunaliella cells. Journalof Bioscience and Bioengineering, 101,n.3, 223-6, 2006.13 Duerr E.O., Molnar A., Sato V. - Cultured microalgae as aquaculture feeds. J. MarBiotechnology, 7, 65-70, 1998.14 Relatório de análise da EQ – UFRJ.15 Wu, Q.; Miao, X. - Biofuels production from microalgae after heterotrophic growth.Tsinghua University. Disponível em pdf/36_qingyu_wu_en.pdf> Acesso em: 25 de mai de 2006.16 Nichols, B. W. - Light induced changes in the lipids of Chlorella vulgaris. Biochimicaet Biophysica Acta (BBA) - Lipids and Lipid Metabolism, 106, n.2, 274-9, 1965.17 Coombs, J., Darley, W. M., Holm-Hansen, O., Volcani, B. E. -Studies on the Biochemistryand Fine Structure of Silica Shell Formation in Diatoms. Chemical Compositionof Navicula pelliculosa during Silicon-Starvation Synchrony. Plant Physiology, 42,1601-6, 1967.