Organismos simples, como algas, desenvolvem biomassa que pode ser colhida e transformada para produzir combustíveis e outros produtos. Em uma publicação recente, a Aramco revelou ter produzido o primeiro lote de biocombustível bruto a partir de algas. A empresa, juntamente com outros pesquisadores e companhias, está explorando maneiras de produzir e utilizar combustíveis de baixo carbono a partir de microalgas cultivadas em águas residuais e no mar.
Criação de combustíveis de baixo carbono a partir de microalgas de águas residuais e do mar: objetivo do estudo
Para descobrir mais sobre combustíveis líquidos alternativos que podem ser usados para produzir energia ecológica e sustentável. Além disso, para determinar os requisitos das microalgas para a produção de energia e os tipos de biocombustíveis.
- De acordo com o eBook da Digibee estudo de Kleinova et al., biodiesel originado de micróbios oleaginosos. Eles estão sendo usados como uma alternativa renovável significativa para produzir diesel e petróleo.
- Outras estudo de Demirbas sugere que apenas as microalgas detêm o potencial de biodiesel renovável que pode atender às demandas globais de transporte.
O que são microalgas?
Elas são as menores plantas sem raízes e sem folhas do mundo, que podem produzir mais da metade do oxigênio que respiramos. Além disso, elas são hospedeiras de compostos bioativos.
Características das Microalgas
- Geralmente, as algas são classificados em 2 grupos nomeadamente eucarióticas e procarióticas. As microalgas são as espécies vivas mais antigas.
- Eles tem mecanismos de fotossíntese semelhantes às de outras plantas feitas de clorofila.
- As microalgas são cultivadas como suspensão aquosa e têm mais acesso à água, nutrientes e dióxido de carbono.
- Os fatores que definem sua classificação são os tipos de pigmentos, a composição química, os constituintes da parede celular e as características morfológicas.
- Eles têm o potencial para fixar CO2 para muitas fontes como sais de carbonato solúveis, atmosfera e gases residuais de fábricas.
Tipos de microalgas
- Eles podem ser heterotrófico se eles usam compostos orgânicos para o desenvolvimento.
- Autotrófico, se estiverem obtendo carbono de compostos inorgânicos.
- Eles são caracterizados como fotoautotrófico quando usam a luz como fonte de energia.
- Da mesma forma, as microalgas mixotróficas são fotossintético alguns, pois incorporam autotrofia e heterotrofia à fotossíntese.
Desafios do uso de microalgas para geração de biocombustíveis
Embora o uso de algas para produção de biocombustível seja vantajoso, mas tenha altos custos de processamento. Além disso, tem baixa competitividade, o que é uma barreira crítica para sua ampla comercialização.
- Estabelecer indústrias de produção de biocombustíveis através de algas e garantir a competitividade de custos é uma Desafio principal.
- Conforme Estudo de Jones e Mayfieldaté 2030, cerca de 6% da demanda total de energia será atendida por biocombustíveis.
- De acordo com alguns pesquisadores, microalgas para produção de biocombustível incluem altas quantidades de lipídios de microalgas. As tabelas a seguir mostram os dados mencionados.
Segundo uma pesquisa, os moluscos gigantes podem tornar a energia solar mais eficiente.
Etapa envolvida na produção de biocombustíveis Microalgas
Isso inclui 2 etapas principais , que por sua vez incluem vários procedimentos subsequentes.
Cultivo de Algas
O crescimento de algas pode durar de 1 a 10 dias e permite várias colheitas. Esses microrganismos podem se desenvolver até mesmo em solos secos e áridos. Além disso, alguns tipos de algas podem crescer de 20 a 30 vezes mais do que as culturas alimentares . Este estudo aborda o cultivo em lagoas abertas, por ser o método mais comumente aplicado.
Lagoa aberta para cultivo
É crucial escolher a tecnologia correta para o cultivo e a colheita de biomassa algal. Devido a questões econômicas, os tanques abertos em escala industrial são a única opção atualmente, pois possuem um design simples. Geralmente, são desenvolvidos no formato de um tanque ou pista de corrida e, por meio de difusão, o CO2 é coletado da atmosfera . O sistema é ainda categorizado em 3 tipos: tanque circular, tanque em pista de corrida e sistema aberto sem agitação.
Limitações
Este método acarreta perdas de água por evaporação e apresenta baixa produção de biomassa. Além disso, certas espécies de algas vulneráveis não conseguem prosperar neste ambiente. O método de cultivo em tanques abertos é ideal apenas para locais com muita luz solar e fácil acesso à água, particularmente ao longo da costa.
Sistema de Cultivo Fechado
Como o sistema aberto apresenta limitações de recursos, foram desenvolvidos os fotobiorreatores (PBRs) de sistema fechado. Não há interações diretas entre o ambiente e o meio de cultura . Isso resulta em um ambiente relativamente mais consistente e confiável para o cultivo e a colheita de algas.
O sistema fechado produz produtos valiosos e produtos químicos finos que são usados em várias aplicações. Biofármacos, cosméticos, biocombustíveis e suplementos para a saúde humana são feitos a partir deles. Painel plano, tubo vertical, tubo horizontal e tanque agitado são tipos de métodos de cultivo fechado.
Limitações
Este sistema é um pouco caro, pois inclui uma abordagem de parâmetros de processo, estanqueidade ao ar e transferência de massa. Sistemas de iluminação requerem uma quantidade significativa de energia, tornando este sistema ineficiente. Sua comercialização tornou-se um desafio devido às suas limitações.
Abordagem de nanoaditivos para cultura rápida de microalgas
Recentemente, alguns pesquisadores aplicaram nanoaditivos em diferentes estágios do cultivo de microalgas . Seu foco foi aumentar a eficiência no desenvolvimento de biomassa e subprodutos.
- Nanomateriais como nanotubos e nanofibras revestidos com enzimas podem ser usado para imobilização. Certas estruturas de carbono, como nanotubos de carbono e óxido de grafeno, têm o potencial de fornecer estabilidade e atividade para enzimas.
- Além disso, as nanopartículas também têm sido utilizadas para aumento da produção de biocombustíveis e biomassa.
- Segundo os pesquisadores, é possível aumentar a biomassa de microalgas por meio 20-30% com aplicação de nanopartículas.
- LEDs baseados em arsenieto de gálio e alumínio têm sido usados para aumentar a escala da cultura de algas, alcançando assim maior produção de biomassa.
- Fibras ópticas também são usadas durante a cultura de algas para melhorar a eficiência do crescimento e também economizar custos de iluminação.
Biocombustíveis no Setor dos Transportes
O biocombustível é importante aqui porque ajuda a atender às crescentes demandas de combustível. Eles são melhores alternativas do que combustíveis fósseis e para o meio ambiente, pois produzem menos emissões de dióxido de carbono. Isso, por sua vez, reduz as emissões de GEE e torna a luta contra as mudanças climáticas um pouco mais fácil. A gasolina de antigos depósitos de algas é uma fonte limitada e está se tornando mais cara e possivelmente acabando.
Um estudo afirma que as microalgas são valiosas fontes de biocombustíveis. As microalgas acumulam e sintetizam uma quantidade considerável de lipídios neutros, o que é vantajoso. Além disso, as microalgas oferecem produção durante todo o ano e garantem um rendimento de óleo eficiente por área cultivada, em comparação com as culturas oleaginosas.
Uma pesquisa sugeriu que a melanina da tinta de choco apresenta potencial como recurso de biomassa sustentável.
Importância das algas na produção de biocombustíveis: aspectos de vários estudos
Existem vários estudos que comprovam as vantagens das microalgas em comparação com outras plantas terrestres.
Estudo # 1
O estudo de Jones e Mayfield sugeriu que as microalgas podem ser usadas para produzir diferentes tipos de biocombustíveis. Por exemplo, a produção de metano por digestão aeróbica do óleo de microalgas a partir do biohidrogênio.
Estudo # 2
O estudo de Pienkos e Darzins afirma que as microalgas, organismos unicelulares, podem ser duplicadas com técnicas de alta velocidade e gerar linhagens com rápida mutação. O estudo demonstrou o caráter ecológico e a facilidade de cultivo das microalgas. Além disso, o processo de cultivo de microalgas pode reduzir a geração de resíduos.
Estudo # 3
De acordo com o estudo de Pittman et al. , as microalgas podem fornecer o maior rendimento de biomassa por unidade de área e comprimento. Por esse motivo, têm recebido atenção significativa para a geração de energia renovável. Possuem alto teor de óleo e amido e não exigem terras agrícolas específicas para cultivo nem água doce para sobreviver. Podem ser cultivadas facilmente com dióxido de carbono e águas residuais.
Estudo # 4
De acordo com o estudo de Patil et al. , as microalgas são preferidas às macroalgas, pois estas últimas são menos flexíveis e oferecem apenas um método de processamento. Já as microalgas utilizam CO2 e luz solar para produzir biocombustíveis, rações e bioatividades de alto valor agregado. É importante destacar que as microalgas são responsáveis por mais de 40% da fixação global de carbono, sendo as microalgas marinhas as que apresentam maior produtividade.
Estudo # 5
Outro estudo de Singh e Olsen indica que a biomassa de microalgas contém cerca de 50% de carbono em peso seco. As algas podem produzir grandes quantidades de biomassa em um curto período de tempo, pois não necessitam de celulose para seus ramos, folhas ou raízes. Além disso, a produção de biodiesel a partir de microalgas envolve etapas simples como coleta, extração e conversão em nanocatalisadores, resultando em uma produção eficiente. Já as macroalgas possuem diversos lipídios, hidrocarbonetos e óleos complexos, o que torna o processo mais complexo.
Segue uma versão simplificada e explicada do Panorama Energético Global 2024-2050.
Conclusão
As microalgas apresentam uma taxa de crescimento superior à de outras culturas terrestres, possuem alto teor de lipídios e se reproduzem rapidamente. É evidente que nenhuma estratégia isolada é capaz de fornecer uma solução eficaz. Portanto, uma combinação de processos é necessária para garantir a dependência de biocombustíveis na produção de energia . É importante assegurar a eficácia das algas no processamento de biocombustíveis e na extração de óleo. Com isso, torna-se mais claro que os combustíveis de baixo carbono provenientes de microalgas cultivadas em águas residuais e marinhas podem ser a melhor solução sustentável futura.
