PRODUÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DE BIOMASSA MICROALGAL

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1 Universidade Federal do Rio Grande Universidade Federal do Rio Grande Escola de Química e Alimentos Laboratório de Engenharia Bioquímica PRODUÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DE BIOMASSA MICROALGAL Adriano Seizi A. Henrard, Lucia Helena R. Meza, Joice Aline Borges, Gabriel M. da Rosa, Rodenei Ogrodowski, Michele da Rosa Andrade Coordenador: Prof. Dr. Jorge Alberto Vieira Costa

2 Universidade Federal do Rio Grande Universidade Federal do Rio Grande INTRODUÇÃO ENERGIA Requisito essencial social econômico Melhoria da qualidade de vida Consumo de energia per capita

3 Universidade Federal do Rio Grande Universidade Federal do Rio Grande INTRODUÇÃO MICROALGAS Microrganismos fotossintéticos procarióticos eucarióticos Surgiram 3 milhões de anos Regulam a biosfera retirando CO 2 e produzindo O 2

4 Universidade Federal do Rio Grande INTRODUÇÃO Tratamento de águas residuais Biofixação de CO 2 MICROALGAS Fonte de alimento Obtenção de diversos compostos

5 Universidade Federal do Rio Grande INTRODUÇÃO DIGESTÃO ANAERÓBIA Matéria orgânica gás CH 4 CO 2 H 2 S Vapor d água Processo anaeróbio Tratamento de resíduos agroindustriais e municipais Adequá-los a exigências ambientais Utilização do bioprocesso para produção de biocombustíveis Biogás e bio-hidrogênio

6 Universidade Federal do Rio Grande INTRODUÇÃO BIOGÁS Processo biológico fração orgânica da biomassa microalgal Digestão anaeróbia comparada a outros processos de produção de biocombustíveis Operocionalmente mais simples; dispensa secagem e pré-tratamento da matéria-prima; Menor gasto energético; Menor geração de resíduos.

7 Lab. Engenharia Bioquímica OBJETIVO Estudar a bioconversão da microalga Spirulina LEB-18 em CH 4 sob condições não controladas

8 MATERIAL E MÉTODOS Inóculo e substrato Lodo granular anaeróbio tratamento de água de parboilização de arroz adaptado à biomassa de Spirulina Substrato biomassa de Spirulina sp. LEB-18 Cultivada em biorreatores abertos, estufa de filme transparente; Meio de cultivo água da Lagoa Mangueira complementada com meio Zarrouk

9 MATERIAL E MÉTODOS Biorreator e condições operacionais Biorreator anaeróbio: 310 L com volume útil 280 L Batelada sequencial: ciclos diários de alimentação (7,0 g.l -1 Spirulina), reação (6 h), decantação (18 h) e esvaziamento de 10% do volume. 4 Figura 1 Aparato experimental utilizado para a produção de biometano a partir de Spirulina LEB-18 (1) biorreator anaeróbio de 310 L; (2) tubulação de alimentação e saída de efluente; (3) frasco de segurança; (4) fluxômetro.

10 MATERIAL E MÉTODOS Determinações analíticas 3,5 dias efluente analisado ph Alcalinidade Sólidos totais e voláteis Amônia Volume de gás produzido medido diariamente Composição do gás cromatografia gasosa

11 MATERIAL E MÉTODOS Respostas avaliadas Decomposições da biomassa de Spirulina sp. LEB-18 (X T ) e Fração orgânica (X Org ) Balanço de massa entrada e saída do biorreator Conversões X Org da biomassa em metano (Y CH 4/Org) Razão entre a massa metano produzido e a massa X Org convertida (Y CH 4/Org = m CH 4 /m Org)

12 RESULTADOS E DISCUSSÃO Tabela I: Decomposição da biomassa de Spirulina LEB-18 (X T ), decomposição da fração orgânica da biomassa (X Org ) e conversão da fração orgânica da biomassa em CH 4 (Y CH4/Org ) X T (%) 72,4 ± 2,2 X Org (%) 82,0 ± 2,6 Y CH4/Org (g.g -1 ) 0,24 ± 0,05

13 RESULTADOS E DISCUSSÃO Tabela II: Volume e composição do biogás produzido no ensaio Biogás (d -1 )* 0,21 ± 0,05 CH 4 (% v/v) 71,8 Temperatura: 25 e 38 C 65% esgoto doméstico (Gallert e outros, 2003) CO 2 (% v/v) 27,9 H 2 S (% v/v) 0, % dejetos bovinos (Alvarez e outros, 2006) 0,2-0,3% dejetos suínos (Feng e outros, 2008) H 2 (% v/v) 0,23 * Volume de biogás produzido em relação ao volume de meio no reator.

14 RESULTADOS E DISCUSSÃO 2027,90 255,93 mg.l -1 CaCO 3 ph 6,90 0,10 Figura 2 Alcalinidade do efluente retirado do biorreator anaeróbio

15 RESULTADOS E DISCUSSÃO 607,41 136,46 mg.l -1 Figura 3 Nitrogênio amoniacal do efluente retirado do biorreator anaeróbio

16 CONCLUSÕES Foi produzido gás com 71,8% de biometano, a partir da decomposição de 72,4% da biomassa alimentada, com conversão de biomassa em biometano (0,24 g.g -1 ) superior a de alguns substratos convencionais utilizados para a produção do biocombustível. A digestão anaeróbia da biomassa de Spirulina LEB-18 resultou em um bioprocesso sem acúmulo de intermediários, indicando o equilíbrio das populações e da atividade microbiana, além de ph (6,90), alcalinidade (2027 mg.l -1 CaCO 3 ) e nitrogênio amoniacal (607,41 mg.l -1 ) dentro da faixa adequada e segura para as bactérias anaeróbias.

17 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPERGS Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - pelo apoio financeiro para a realização desse trabalho.