Influência da Intensidade da Luz sobre a Biofixação de Carbono em Chlorella minutissima

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1 Influência da Intensidade da Luz sobre a Biofixação de Carbono em Chlorella minutissima Cristiane Redaelli, Luce Helena Kochem, Tobias Dierings, André Jarenkow Géssica Marchese Roman, Nilson Romeu Marcílio Rosane Rech Prof a. Rosane Rech

2 Introdução: Importância da fotossíntese para a biofixação de CO 2 Os organismos vivos podem ser divididos em dois grandes grupos: Autotróficos (fotossintéticos): Fonte de energia: luz Fonte de carbono: CO 2 Heterotróficos: Fonte de energia e fonte de carbono: moléculas orgânicas como glicídios, lipídeos e proteínas

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4 Utilização de algas na biotecnologia Biomassa de microalgas: Lipídeos (ácidos graxos poliinsaturados e esteróis) Pigmentos (astaxantina, beta-caroteno, luteína) Vitaminas (vitamina E) Utilização Suplemento alimentar Produtos farmacêuticos e cosméticos Ração para aquacultura Biodiesel

5 Estimativas para a produção de biodisel por microalgas algas (alto) algas (médio) algas (baixo) palma girassol 946 canola 862 soja 562 produção de biodiesel (L/ha ano) milho 152 Fonte: Mata TM, et al. Microalgae for biodiesel production and other aplications: A Review. Renew Sustain Energy Rev (2009), doi: /jr.rser

6 Porquê produzir biodesel à partir de microalgas? Não competem com a produção de alimentos Não utilizam terras cultiváveis Crescem em água salobra ou salgada

7 Cultivos em lagoas e fotobiorreatores

8 Cultivos em lagoas e fotobiorreatores

9 Cultivos em lagoas e fotobiorreatores Sistemas abertos Sistemas fechados Risco de contaminação Alto Baixo Perdas de CO 2 Alto Baixo Perdas por evaporação Alto Baixo Uso eficiente da luz Pobre Excelente Razão área/volume Baixo Alto Área requerida Alto Baixo Controle de processo Difícil Fácil Produtividade de biomassa Baixo Alto Custos de investimento Baixo Alto Custos de operação Baixo Alto Custos de colheita Alto Relativamente baixo Escalonamento Fácil Difícil

10 Fotobioreator airlift de placa com trocador de calor interno (FPA-IHE) Características do FPA-IHE Volume de trabalho: 2,2 L k L a até 0,010 s -1 Tempo de mistura: entre 15 seg e 30 seg Tempo de circulação: 5,5 seg ± 1 seg

11 Fotobioreator airlift de placa com trocador de calor interno (FPA-IHE)

12 Influência da Intensidade da Luz sobre a Biofixação de Carbono em Chlorella minutissima Cristiane Redaelli, Luce Helena Kochem, Tobias Dierings, André Jarenkow Géssica Marchese Roman, Nilson Romeu Marcílio Rosane Rech Prof a. Rosane Rech

13 Metodologia Microalga: Chlorella minutissima Meio de Cultivo: f/2 (Guillard, 1975) Pré-inóculo: frascos Erlenmeyer de 500 ml contendo 200 ml de meio f/2, em estufa shaker a 30 C / Lux por 12 dias. Condições de Cultivo: Aeração: vazão de 0,5 L.min -1 de ar comprimido filtrado. Iluminação: painel lâmpadas eletrônicas durante 24 horas nas intensidades luminosas médias de 2.200, , e Lux. Temperatura: 30 C

14 Análises Biomassa: Densidade Ótica a 570 nm correlacionada com pesoseco. Lipídeos Totais: Soxhlet. Taxa de Fixação de Gás Carbônico: Calculada considerando que a biomassa possui 45% de carbono (Sydney et al., 2010). Luminosidade: Luxímetro digital

15 Biomassa (g.l -1 ) Crescimento da microalga C. minutissima em diferentes condições de iluminação 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tempo (h) Lux Lux Lux Lux

16 Taxa de Absorção de CO 2 (g.m -3.h -1 ) Taxa de biofixação de CO 2 em diferentes condições de iluminação Tempo (h) Lux Lux Lux Lux

17 Conteúdo lipídico Teor de lipídeos da microalga C. minutissima em diferentes condições de iluminação 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% Lux; 7,34% Lux; 6,00% Lux; 10,36% 4,00% 2,00% Lux; 2,06% 0,00%

18 Conclusões A intensidade de Lux teve os melhores resultados, atingindo uma biomassa seca de 0,38 g/l com um conteúdo lipídico total de 10,36%. Na fase exponencial do crescimento a velocidade específica de crescimento máxima foi 0,61 h -1 e a taxa de absorção de dióxido de carbono foi 16 gco 2.m -3.h -1.

19 Perspectivas Estudo da influência da temperatura e da concentração salina sobre o crescimento, teor de lipídeos e biofixação de CO 2. Estudo da influência dos teores de nitrogênio (NO 3 + e NH 4+ ) e fósforo (PO 3+ ) e da concentração de CO 2 no ar sobre o crescimento, produção de lipídeos e biofixação de CO 2. Modelagem matemática e otimização para um processo semi-contínuo de cultivo. Escalonamento do processo

20 OBRIGADA Rosane Rech Prof a. Rosane Rech

21 Influência da Temperatura e da Salinidade no Cultivo da Microalga Dunaliella tertiolecta em Fotobiorreator Airlift Nicéia Chies Da Fré Luce Helena Kochem Tobias Dierings Géssica Marchese Roman Rosane Rech Nilson Romeu Marcílio Prof a. Rosane Rech

22 Metodologia Microalga: Dunaliella tertiotecta Meio de cultivo: f/2 acrescido de NaCl (0,430 M, 0,513 M, 0,715 M, 0,917 M e 1,0 M) conforme o delineamento experimental. Pré-inóculo: frascos Erlenmeyer de 500 ml contendo 200 ml de meio f/2 acrescido de 22 g/l (0,715 M NaCl), em estufa incubadora rotatória a temperatura de 28 C com luz contínua durante 12 dias.

23 Delineamento experimental experimento X1 X2 Temperatura ( o C) Conc Salina (M) 1-1,00-1, , ,00-1, , ,00 1, , ,00 1, , ,00-1, , ,00 1, , ,41 0, , ,41 0, , ,00 0, ,715

24 Análises Biomassa: Densidade ótica a 570 nm correlacionada com pesoseco. Lipídeos Totais: Soxhlet. Taxa de Fixação de Gás Carbônico: Taxa de biofixação de carbono foi calculada considerando que a biomassa possui 36% de carbono (Sydney et al., 2010).

25 Biomassa (g/l) 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Curvas de crescimento de D. tertiolecta em diferentes temperaturas e concentração salina 0,715 M, 28 C 0,715 M, 35 C 0,715 M, 21 C Tempo (h)

26 Biomassa (g/l) 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Curvas de crescimento de D. tertiolecta em diferentes temperaturas e concentração salina 0,917 M, 23 C 0,917 M, 33 C 1,0 M, 28 C Tempo (h)

27 Biomassa (g/l) 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Curvas de crescimento de D. tertiolecta em diferentes temperaturas e concentração salina 0,513 M, 23 C 0,513 M, 33 C 0,430 M, 28 C Tempo (h)

28 Superfície de resposta para os valores de biomassa (g/l) em 93 horas de cultivo

29 Superfície de resposta para o teor de lipídios totais (%) da biomassa

30 Taxas médias de biofixação de CO 2 da microalga D. tertiolecta

31 Conclusões A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que as condições de cultivo de temperatura de 28 o C e salinidade de 0,715 M NaCl para a microalga D. tertiolecta são as mais apropriadas para a obtenção de biomassa e de lipídios e para a biofixação de CO 2 dentro das condições avaliadas neste trabalho

32 Perspectivas Estudo da influência dos teores de nitrogênio (NO + 3 e NH 4+ ) e fósforo (PO 3+ ) e da concentração de CO 2 no ar sobre o crescimento, produção de lipídeos e biofixação de CO 2. Modelagem matemática e otimização para um processo semi-contínuo de cultivo. Escalonamento do processo

33 OBRIGADA Rosane Rech Prof a. Rosane Rech